Astronomie

Korrigieren sich große Körperbahnen selbst?

Korrigieren sich große Körperbahnen selbst?

Wenn ein Schurkenplanet die Erdumlaufbahn leicht stört, um einen langen Winter oder Sommer zu verursachen, wird sich die Erdumlaufbahn im Laufe der Zeit wieder normalisieren und ihre ursprüngliche Umlaufbahn schließen? Könnte ein Planet X oder ein anderer großer Körper mit elliptischer Umlaufbahn, der sich um die Sonne dreht, die Umlaufbahn der Erde beeinflussen, indem er sich innerhalb des inneren Sonnensystems befindet?


Nein. Grundsätzlich gibt es in einem realistischen Sonnensystem keine stabile Umlaufbahn. Alle Planetenbahnen sind aufgrund von Gravitationswechselwirkungen zwischen Planeten instabil, aber wie lange die Instabilität braucht, um eine große Änderung in der Bahn eines Planeten vorzunehmen, variiert a Menge. Es können einige Jahre des Planeten sein, Tausende, Millionen oder Milliarden. (Die Umlaufbahn der Erde war bisher seit mehr als 4 Milliarden Jahren stabil.) Aber die Stabilität für die Zukunft kann nicht über höchstens 100 Millionen Jahre hinaus garantiert werden.

Die Hauptursache für Instabilität sind Resonanzen. Eine Resonanz liegt vor, wenn sich zwei Planeten auf Umlaufbahnen befinden, bei denen das Verhältnis ihrer Perioden ein einfacher Bruch wie 1/2 oder 2/3 oder 5/3 oder was auch immer ist. Aufgrund der einfachen Beziehung zwischen den Perioden wiederholen Planeten wiederholt dieselbe Konfiguration im Raum, und es können sich Gravitationswechselwirkungen aufbauen. (Ohne die Resonanz sind die Wechselwirkungen genauso stark, aber in zufällige Richtungen und heben sich daher meist auf.)

Resonanzen können eine Umlaufbahn stören oder stabilisieren. Die Hilda-Gruppe von Asteroiden befindet sich beispielsweise in einer stabilen 3:2-Resonanz mit Jupiter und Pluto befindet sich in einer 2:3-Resonanz mit Neptun. Beide Resonanzen wirken, um die Bahnen zu stabilisieren. Aber die Kirkwood-Lücke im Asteroidengürtel ist eine 2:1-Resonanz mit Jupiter, die dazu neigt, die Lücke leer zu halten, indem sie die Umlaufbahnen aller Asteroiden stört, die in die Lücke geraten.

Nach der Wechselwirkung befindet sich die Erde in einer neuen Umlaufbahn und diese Umlaufbahn kann auch über einen längeren Zeitraum stabil sein oder es kann eine sein, bei der Wechselwirkungen mit anderen Planeten die neue Umlaufbahn schnell instabil machen. Ohne geht es nicht ausführlich orbitale Informationen über die Begegnung.

Jedenfalls gibt es keine wiederherstellende Kraft, um die Erde in ihre alte Umlaufbahn zurückzudrängen.


N-Body-Solver¶

Ein Merkmal, das FARGO3D von seinem Vorfahren FARGO geerbt hat, ist die Möglichkeit, eine Reihe von punktförmigen Massen aufzunehmen, die untereinander wechselwirken können und die auch gravitativ mit dem Gas wechselwirken können. Die Menge solcher Massen wird in einer Datei definiert. Diese Datei muss in der Parameterdatei mit dem Parameter PlanetConfig definiert werden. Zum Beispiel finden wir in der Standardparameterdatei des fargo-Setups (d. h. setups/fargo/fargo.par ) die Zeile:

In diesem Kapitel nennen wir diese Datei die Konfigurationsdatei, oder der Planetenkonfigurationsdatei. Der Inhalt dieser Datei ist dem im vorherigen FARGO-Code definierten sehr ähnlich:

Zeilen, die mit einem ‚#‘ beginnen, werden ignoriert. Eine Zeile mit einer gültigen Planetendefinition muss mit einem Buchstaben beginnen („a-z“ oder „A-Z“). Bisher spiegelt sich dieser Name nicht in der Codeausgabe wider, aber er gibt einen Eindruck davon, welche Art von Planet oder Planetensystem beabsichtigt ist. Die zweite Spalte gibt die große Halbachse in Einheiten von R0 an, definiert in src/fondam.h . Die dritte Spalte gibt die Planetenmasse in MSTAR-Einheiten an, die auch in src/fondam.h definiert ist. Die vierte Spalte, bezogen auf die Akkretion, wird derzeit nicht verwendet. Bisher ist sein einziger Zweck die Abwärtskompatibilität mit den planetarischen Konfigurationsdateien von FARGO. Schließlich gibt der Inhalt der letzten beiden Spalten, der selbsterklärend ist, an, ob der Planet die Schwerkraft der anderen Planeten spürt und ob er die Schwerkraft der Scheibe spürt.

Unser N-Body-Solver ist ein einfacher Runge-Kutta-Integrator fünfter Ordnung. Dies mag im Vergleich zu viel ausgeklügelteren N-Körper-Integratoren, die darauf zugeschnitten sind, der Dynamik einer Ansammlung punktförmiger Massen im Vakuum über sehr lange Zeitskalen zu folgen, ziemlich simpel erscheinen. Es sollte daran erinnert werden, dass unser Hauptzweck die Untersuchung von Protoplaneten ist, die in Scheiben eingebettet sind. Die Lebensdauer der Scheibe ist 3 bis 4 Größenordnungen kürzer als das Alter des Sonnensystems, und die Variation der Gesamtenergie des Planeten bei einer Scheibenflut ist normalerweise um viele Größenordnungen größer als die unserem Schema innewohnende. Letzteres ist daher für unseren Zweck vollkommen in Ordnung.

Die Planeten werden bei (t=0) so initialisiert, dass sie auf der (x)-Achse liegen, parallel zur Scheibe sind, alle dieselbe Exzentrizität haben (definiert durch den Parameter ECCENTRICITY , der standardmäßig auf Null gesetzt ist). Ihr ursprünglicher Standort entspricht Apoastron.

Standardmäßig wird ein Zentralstern der Masse MSTAR (definiert in src/fondam.h ) am Netzzentrum hinzugefügt. Dieses Standardverhalten kann ersetzt werden, um zum Beispiel das Netz auf den Schwerpunkt des Systems zu zentrieren oder einen Doppelstern im Zentrum zu haben.

Der Wert von MSTAR wird in allen Fällen verwendet, um die Umlaufbahnen der Planeten zu initialisieren.


Ja, New York Times, es gibt eine wissenschaftliche Methode

„Die Wissenschaftsphilosophie ist für Wissenschaftler ungefähr so ​​nützlich wie die Ornithologie für Vögel.“ -Richard Feynman

Es gibt viele verschiedene Wege, Wissenschaft zu betreiben, die gleichermaßen gültig sind, eine wissenschaftliche Methode passt nicht unbedingt auf alle Fälle. In der Astronomie sind Experimente praktisch unmöglich, da Sie nur beobachten können, was das Universum uns liefert. In den Anfängen der Quantenphysik waren die Ergebnisse so überraschend, dass es viele Jahre dauerte, bis man vernünftige Hypothesen aufstellen konnte, da die Regeln der Intuition widersprachen. Und in vielen Bereichen spielen zu viele Variablen eine Rolle, um das System genau zu modellieren, selbst wenn alle zugrunde liegenden, maßgebenden Gleichungen zu 100 % bekannt sind. Doch die Unterschiede in den Details, wie Wissenschaft betrieben wird, entkräften in keiner Weise Astronomie, Quantenphysik, Proteinfaltung oder Klimamodellierung als Wissenschaften. Aber auch die Ähnlichkeiten zwischen diesen wissenschaftlichen Bestrebungen und der Poesie oder Philosophie nicht letztere in den Status einer Wissenschaft erheben.

Am 4. Juli erschien in der New York Times ein Meinungsartikel, in dem erklärt wurde, dass es keine wissenschaftliche Methode gebe. Der Autor stellt klar, dass er meint, es gibt keine deutlich wissenschaftliche Methode und beschreibt dann, wie schwer Begriffe wie „Gerechtigkeit“ und „Mut“ allumfassend zu definieren sind, obwohl wir sie kennen und erkennen, wenn wir sie sehen. Dann nimmt er zwei Beispiele – eines von Keplers erstem Gesetz (dass sich Planeten in Ellipsen um die Sonne bewegen) und eines von Galileis Entdeckung der Bewegung frei fallender Objekte – und führt die Tatsachen an, dass:

  • Kepler hätte Kreise, Kreise mit Epizykeln oder Ovale genauso gut an die Daten anpassen können wie eine Ellipse und hätte dadurch zu einem ganz anderen Gesetz gelangen können.
  • Galilei musste den Luftwiderstand, eine bekannte Kraft, vernachlässigen, um zu seinem Ergebnis zu gelangen.

Und deshalb, so die Schlussfolgerung, unterscheidet sich die Wissenschaft nicht von jedem anderen willkürlichen Unterfangen.

Außer dass die Wissenschaft ganz anders ist als jeder anderes Unterfangen, und Kepler und Galileo liefern tatsächlich außergewöhnliche Beispiele dafür, wie genau das geht, wenn James Blachowicz nur etwas tiefer gegraben hätte. Keplers ursprüngliches Modell oben war das Mysterium Cosmographicum, in dem er seine außergewöhnlich kreative Theorie für die Bestimmung der Planetenbahnen detailliert ausführte. Im Jahr 1596 veröffentlichte er die Idee, dass es eine Reihe unsichtbarer platonischer Körper gibt, wobei sich die Planetenbahnen auf den eingeschriebenen und umschriebenen Sphären befinden. Dieses Modell würde ihre Umlaufbahnen, ihre relativen Entfernungen vorhersagen und – wenn es richtig wäre – mit den hervorragenden Daten übereinstimmen, die Tycho Brahe über viele Jahrzehnte hinweg aufgenommen hat.

Aber ab dem frühen 17. Jahrhundert, als Kepler Zugriff auf die gesamte Sammlung von Brahes Daten hatte, stellte er fest, dass es nicht seinem Modell entsprechen. Seine anderen Versuche an Modellen, einschließlich ovaler Umlaufbahnen, scheiterten ebenfalls. Die Sache ist die, Kepler hat nicht nur mit einer willkürlichen Genauigkeit gesagt: „Na ja, das passte nicht zusammen“. Er hatte das bisher beste wissenschaftliche Modell – das geozentrische Modell von Ptolemäus mit Epizykeln, Equanten und Deferenten – zum Vergleich. Wenn Sie in der Wissenschaft wollen, dass Ihre neue Idee das alte Modell ablöst, muss sie sich durch Experimente und Beobachtungen als überlegen beweisen. Das macht es zur Wissenschaft. Und deshalb waren die Ellipsen erfolgreich, weil sie bessere und genauere Vorhersagen lieferten als alle vorherigen Modelle, einschließlich Ptolemäus, Kopernikus, Brahes und sogar Keplers eigenen früheren Modellen.

Der Punkt von Galileis ist eine weitere tiefe Illustration dafür, wie Wissenschaft tatsächlich funktioniert. Eines der allerersten wissenschaftlichen Experimente überhaupt – vor über 2.500 Jahren – wurde von Empedokles durchgeführt, um die Frage zu beantworten, ob Luft Raum einnimmt. Das obige Gerät ist als Clepsydra (griechisch für "Wasserdieb") bekannt, was ein Kürbis mit einem Loch oben und eins-zu-vielen Löchern unten ist. Sie tauchen den Kürbis in eine Wasserquelle, bis er sich füllt, legen dann Ihren Daumen über das Loch oben und tragen das Wasser überall hin. Obwohl die Griechen nichts von einem Vakuum oder dem Konzept des Luftdrucks wussten, konnten sie sehen, dass das Wasser am Boden nicht herausfiel und das einzige, was "nach oben" drücken konnte, Luft war. Daher nimmt Luft Raum ein und füllt den gesamten Raum um uns herum auf der Erde aus, und wenn sich diese Luft relativ zu einem Objekt bewegt, übt sie eine Kraft aus.

Galileo wusste auch über den Luftwiderstand Bescheid, obwohl er ihn nicht quantifizieren konnte. Er wusste, dass, wenn man zwei Massen unterschiedlichen Gewichts aus kleiner und großer Höhe fallen ließ, der große Fall zu einem größeren Unterschied beim Auftreffen dieser beiden Massen auf dem Boden führte, und dieser Unterschied war auf den Luftwiderstand zurückzuführen. Galileos revolutionärer Fortschritt bestand, wie ich hier beschrieben habe, darin, zu bestimmen, dass Objekte um eine Entfernung fallen, die proportional zu der Zeit war, in der sie gefallen waren kariert, wenn diese anderen Effekte ignoriert wurden. Dies galt für Kugeln, die von einem Turm fallen gelassen wurden, ebenso wie für Gegenstände, die eine Rampe herunterrollten. Als wir es endlich in eine luftlose Welt geschafft haben, haben wir Galileos Experiment genau so durchgeführt, wie es idealisiert wurde: ganz ohne Luftwiderstand.

Aber andere Effekte existieren wirklich, und die Wissenschaft „endete“ nicht mit den Fortschritten von Kepler und Galileo. Vielmehr wurden diese Fortschritte zum Ausgangspunkt für die Theorien, die sie verbessern sollten, in beiden Fällen von Isaac Newton. Für Keplers Problem der Planetenbewegung waren die Gravitationseffekte der Planeten aufeinander die nächste Unvollkommenheit, und nachdem wir das festgenagelt hatten, gab es bis Einstein im 20. Jahrhundert keine weiteren Verbesserungen. Newton hat es uns durch seine Entwicklung der Mechanik auch ermöglicht, beliebig viele zusätzliche Kräfte zu berücksichtigen, einschließlich des Luftwiderstands, da die since F im F = mein ist eigentlich die Summe aller relevanten Kräfte auf ein System.

Das einzige, was die Genauigkeit der Modellierung begrenzt, wenn wir die zugrunde liegende Dynamik verstehen, ist entweder die inhärente Unsicherheit darüber, wie sich ein System verhält oder aufgebaut ist, und wie viele der tatsächlich wirkenden Kräfte wir praktisch in unser Modell einbeziehen können. Wissenschaft ist mehr als eine Wissenssammlung – obwohl sie diese Fakten, diese Daten und diese Ergebnisse erfordert –, sondern auch ein Prozess. Es ist ein selbstkorrigierender Prozess, bei dem es immer mit der realen Welt konfrontiert werden muss, mit dem, was wir beobachten und messen, mit seinen neuen Vorhersagen und mit der gesamten Palette von Modellen und Ideen, die es zuvor gab. Was jedoch wirklich schockierend ist, ist, dass einer der frühesten Philosophen, Thales von Milet, all dies wusste und es in seiner Philosophie des Naturalismus ganz klar aussprach. Wenn Blachowicz fragt,

Wenn die wissenschaftliche Methode nur eine Form einer allgemeinen Methode ist, die bei allen menschlichen Forschungen verwendet wird, wie kommt es dann, dass die Ergebnisse der Wissenschaft zuverlässiger sind als die, die von diesen anderen Formen geliefert werden?

Alles, was wir tun müssen, ist, seine eigenen Beispiele – voller anschaulicher Wissenschaft – auf ihn zu verweisen, um zur Antwort zu gelangen.


Inhalt

Das Wort Theorie bedeutet Kontemplation oder Spekulation im Gegensatz zu Aktion. Es ist eine Aussage darüber, wie und warum bestimmte Fakten zusammenhängen. Theorie wird besonders oft der „Praxis“ gegenübergestellt. Während Theorien Ideen und empirische Phänomene behandeln können, die nicht leicht messbar sind, wird wissenschaftliche Theorie im Allgemeinen so verstanden, dass sie sich auf eine vorgeschlagene Erklärung empirischer Phänomene bezieht, die mit wissenschaftlichen Methoden in Einklang steht. Solche Theorien werden vorzugsweise so beschrieben, dass jeder Wissenschaftler auf diesem Gebiet in der Lage ist, sie zu verstehen und entweder empirisch zu stützen ("verifizieren") oder empirisch zu widerlegen ("falsifizieren"). In der Wissenschaft wird häufig zwischen Theorien und Hypothesen unterschieden. Hypothesen sind einzelne empirisch überprüfbare Vermutungen, während Theorien Sammlungen von Hypothesen sind, die logisch zu einer kohärenten Erklärung eines Aspekts der Realität verknüpft sind und die einzeln oder gemeinsam eine gewisse empirische Unterstützung erhalten haben.

  1. eine kohärente Aussage oder eine Reihe von Ideen, die beobachtete Tatsachen oder Phänomene erklärt oder die Gesetze und Prinzipien von etwas Bekanntem oder Beobachtetem darlegt, eine durch Beobachtung, Experiment usw. bestätigte Hypothese.
  2. die zugrunde liegenden Prinzipien oder Methoden einer bestimmten technischen Fertigkeit, Kunst usw. im Gegensatz zu ihrer Praxis
  3. ein Studiengebiet, das versucht, eine bestimmte Klasse von Konstrukten erschöpfend zu beschreiben
  4. eine Hypothese oder Vermutung
  5. eine Menge von Axiomen mit allen daraus ableitbaren Aussagen. Äquivalent, eine formale Sprache plus eine Menge von Axiomen (aus denen sich dann Theoreme ableiten lassen) heißt a Theorie.

Die Nomologie und jedes Bemühen, ein System von Gesetzen oder Wissen zu erwerben, das sich auf jeden natürlichen Himmelskörper konzentriert, insbesondere nachts, bildet die Theorie der Astronomie.

Die Gesamttheorie der Astronomie besteht aus drei grundlegenden Teilen:

  1. die Ableitung logischer Gesetze,
  2. die Definitionen natürlicher Körper (Entitäten, Quellen oder Objekte) und
  3. die Definition des Himmels (und der dazugehörigen Bereiche).

Def. "die Weite des Weltraums, die wie eine Kuppel über der Erde zu sein scheint" [2] wird als . bezeichnet Himmel, oder manchmal die Himmel.

Diese Definition trifft besonders gut auf ein Individuum auf der festen Erdkruste zu, das sich in allen Richtungen auf das, was über und am Horizont liegt, umschaut. In ähnlicher Weise gilt es für die visuelle Sicht einer Person, während sie auf einem großen Wasserkörper schwimmt, wo am Horizont stilles Wasser ist.

Das Bild rechts zeigt den Horizont, der die Unterkante des Himmels und die Oberkante des Atlantischen Ozeans markiert, mit einer Schicht Kumuluswolken direkt darüber.

Eine allgemeinere Definition von „Himmel“ lässt Himmel zu, wie er auf anderen Welten zu sehen ist. Links ist ein 360°-Panorama des Horizonts auf dem Mars zu sehen, wie es vom 23. bis 8. November 2005 im visuellen Echtfarbenbereich des NASA Mars Exploration Rover „Spirit“ wahrgenommen wird.

Def. eine "Raumausdehnung, die wie eine Kuppel [über Kopf] zu sein scheint" [2] heißt a Himmel.

Selbst bei Tageslicht kann der Himmel ohne Objekte erscheinen, wenn eine nahe Quelle dazu neigt, andere leuchtende Objekte zu übertönen.

Oben ist eine Ansicht des Horizonts auf der festen Oberfläche des Mondes, aufgenommen von einem Apollo-16-Astronauten. Das Bild zeigt einen schwarzen Himmel ohne Sterne, weil das von links kommende Sonnenlicht überwältigend ist.

1.a: eine „unabhängige, getrennte oder in sich abgeschlossene Existenz“, 1.b: „die Existenz einer Sache im Gegensatz zu ihren Eigenschaften“ oder 2. „etwas, das eine getrennte und getrennte Existenz und eine objektive oder begriffliche Realität hat ",

1.a: „etwas, das gesehen, berührt oder auf andere Weise wahrgenommen werden kann oder kann“, 1.b: „etwas Körperliches oder Geistiges, dessen sich ein Subjekt kognitiv bewusst ist“, 2. „etwas, das eine Emotion in einem Beobachter“ oder 3. „eine Sache, die Bestandteil einer Untersuchung oder Wissenschaft ist oder den Gegenstand dieser bildet“

1.a: „eine Masse von Materie, die sich von anderen Massen unterscheidet“ oder 2.b: „etwas, das ein Ding verkörpert oder ihm konkrete Realität verleiht [speziell]: ein wahrnehmbares Objekt im physischen Raum“

1.a: „eine separate und eindeutige individuelle Eigenschaft, Tatsache, Idee oder [normalerweise] Einheit“, 1.b: „die konkrete Einheit im Unterschied zu ihren Erscheinungen“, 1.c: „eine räumliche Einheit“ oder 1 .d: "ein lebloses Objekt, das sich von einem Lebewesen unterscheidet"

1: „eine beobachtbare Tatsache oder ein Ereignis“, 2.a: „ein Gegenstand oder Aspekt, der eher durch die Sinne als durch Gedanken oder Intuition bekannt ist“, 2.b: „ein Erfahrungsgegenstand in Raum und Zeit im Unterschied zu einer Sache- an sich" oder 2.c: "eine Tatsache oder ein Ereignis von wissenschaftlichem Interesse, das einer wissenschaftlichen Beschreibung und Erklärung zugänglich ist"

heißt a Phänomen. [2]

Wörter wie "Entität", "Objekt", "Ding" und vielleicht "Körper", Wörter "konnotieren" Universal- Eigenschaften, die allerhöchste Gattung oder "Summum-Gattung"" einer Klassifikation von Universalien darstellen. [3] Eine Definition für beispielsweise eine Pflanze vorzuschlagen, deren Blüten sich an einem warmen Tag im Morgengrauen öffnen, um tagsüber bestäubt zu werden, mit dem Wort Ding", "Entität", "Objekt" oder "Körper" erscheint zu allgemein und ist es auch. Aber die Astronomie beschäftigt sich mit dem Universum, manchmal nur mit dem sehr lokalen Universum direkt über der Erdatmosphäre. Diese "Universen" mögen nur die Worte sein benutzen.

Was ist auf der Grundlage von Wörterbuchdefinitionen der Unterschied zwischen einem „Körper“, einer „Entität“, einem „Objekt“, einem „Ding“ und einem „Phänomen“?

Die Kategorien für Synonymie und häufigste Verwendung platzieren 'Körper' in "3. SUBSTANTIALITY" [4] , 'Entity' in derselben, 'Object' in "651. INTENTION" [4] , 'Thing' in "3. SUBSTANTIALITY " [4] und 'Phänomen' in "918. WONDER" [4]. Die gebräuchlicheren Verwendungen der Wörter „Objekt“ und „Phänomen“ sind nicht genau die gleichen, wie sie in einem spezialisierten Unternehmen wie einer Wissenschaft wie der Astronomie verwendet werden können. Eine etwas seltenere Verwendung von „Phänomen“ findet sich in der Kategorie „150. EVENTUALITY“ [4] . Für das Wort 'Objekt' ist eine etwas weniger gebräuchliche oder populäre Bedeutung in der Kategorie "543. BEDEUTUNG" [4]. Die der Kategorie 1 am nächsten liegende Bedeutungskategorie oder Synonymie für 'Objekt' ist die Kategorie "375. MATERIALITÄT" [4] .

Von jedem dieser Wörter verwendet 'Entität' das Wort 'Existenz', Kategorie "1. EXISTENZ" [4] in jeder Definition. „Entität“ kann als der allgemeinste dieser Begriffe angesehen werden, da seine Bedeutungen der Kategorie 1 am nächsten kommen. Am weitesten von Kategorie 1 entfernt ist aufgrund der begrifflichen Bedeutung und Synonymie das Wort „Objekt“ in Kategorie 375. Eine vorläufige Ordnung ist 'Entität' > 'Phänomen' > 'Objekt' nach Allgemeinheit oder Genauigkeit (vielleicht ist mehr Beschreibung als nur Existenz erforderlich) 'Objekt' > 'Phänomen' > 'Entität'.

'Ding' (Kategorie 3.) hat das Wort 'Entität' in drei von vier Bedeutungen und 'Objekt' in der vierten Bedeutung. Die zweitbeliebteste Bedeutung von „Ding“ liegt in Kategorie 375.

„Körper“ (Kategorie 3.) hat „Masse“ und ist im allgemeinen Sprachgebrauch näher an „Substanzalität“ als „Ding“, und kein Wort hat ein Synonym, das näher an „Existenz“ liegt. Die zweithäufigste Bedeutung von „Körper“ ist die Kategorie „203. BREITE, DICKE“ [4] .

Dies legt eine Hierarchie wie 'Entität' > 'Körper' > 'Ding' > 'Phänomen' > 'Objekt' nach Allgemeinheit nahe, wobei 'Existenz' das allgemeinste Wort ist oder 'Objekt' > 'Phänomen' > 'Ding' > 'Körper' > 'Entität' nach Genauigkeit. Es ist zu erwarten, dass ein „astronomisches Objekt“ eine detailliertere Beschreibung in seiner Definition erfordert, um die Bedeutung anzugeben, als eine „astronomische Einheit“. In der Astronomie kann das Konzept eines „astronomischen Körpers“ eher eine Bedeutung nahe der Kategorie 203 als ein „Ding“ oder „Wesen“ nahelegen.

Die Wahl der allgemeinen Reihenfolge ist 'Entität' > 'Quelle' > 'Objekt' > 'Phänomene'. Der Begriff "astronomischer Körper" ist bei Google-Gelehrten viel weniger beliebt als "Objekt". Die Astronomen der Internationalen Astronomischen Union sind vielversprechend und gelten hier als astronomische Einheit.

Def. die Theorie der Wissenschaft der biologischen, chemischen, physikalischen und logischen Gesetze (oder Prinzipien) in Bezug auf jedes natürliche Wesen, Körper, Ding, Entität, Quelle, Objekt oder Phänomen am Himmel, insbesondere bei Nacht, wird genannt theoretische Astronomie.

1.a: eine „unabhängige, getrennte oder in sich geschlossene [astronomische] Existenz“, 1.b: „die [astronomische] Existenz einer [Person, eines Ortes oder] Dings im Gegensatz zu ihren Attributen“ oder 2. "irgendein [astronomisches] Ding, das getrennte und eindeutige Existenz und objektive oder begriffliche Realität hat", [2]

heißt an astronomisches Wesen.

Allgemein gesagt, 'Sein' > 'Entität' > 'Phänomen' > 'Objekt'. Weiter 'sein' > 'Körper' > 'etwas' oder 'Ding' > 'Entität'. [4]

Welche astronomischen Entitäten gibt es?

„[V]oids [werden] jetzt als reguläre astronomische Einheiten in ihren eigenen Rechten betrachtet, [und] werden geclustert.“ [5]

Es gebe "eine Fülle von Beobachtungen von Himmelskörpern, die nicht miteinander übereinstimmten, obwohl sie von denselben astronomischen Wesenheiten stammten". [6] Die Beobachtungen selbst, die Aufzeichnungsmedien und die Himmelskörper sind allesamt astronomische Einheiten. Ebenso die Beobachter und Astronomen, die die Aufzeichnungen machen oder gemacht haben. Sternbilder sind astronomische Einheiten. 'Sky' ist eine astronomische Einheit. [7]

Zu den astronomischen Einheiten gehören „astronomische Objekte“ und „astronomische Quellen“, sogar solche mit großen Fehlerbereichen von ganzen Graden. Diffuse Hintergrundstrahlungen, ob Gammastrahlung oder Radio, sind astronomische Größen.

"Astronomische benannte Entitäten":

  1. "Namen von Teleskopen und anderen Messinstrumenten",
  2. "Namen von Himmelsobjekten",
  3. "Arten von Objekten" und
  4. „Merkmale, auf die in einem Spektrum gezeigt werden kann“. [8]

"Zeitschriften sind nützlich, um allgemein referenzierte Namen von Personen, Orten oder Organisationen zu finden" [9], die mit der Astronomie verbunden sind. Dies sind astronomische Einheiten, die zur Informationsverarbeitung verwendet werden können.

Zu den astronomischen Entitäten gehören einige Zeitschriften (wie z Das Astrophysikalische Journal, das Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, und Astronomie und Astrophysik), Artikel in Zeitschriften und Magazinen, Bücher über Astronomie, die Referenzen sein können oder für astronomische Informationen oder Fakten zitiert werden.

Erkennung benannter Entitäten (NER) für Astronomieliteratur: [10] NER "beinhaltet die Zuweisung breiter semantischer Kategorien zu Entitätsreferenzen im Text." [10]

Arten von Entitäten für die Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP):

  1. Namen - Person, Ort, Organisation
  2. zeitliche Ausdrücke - Terminzeit
  3. numerische Ausdrücke - Geld, Prozent
  4. Instrumentenname
  5. Quellenname
  6. Quelle Typ
  7. spektrale Eigenschaft und
  8. Text- und wissenschaftliche Datenbanken. [10]

"Astronomie ist ein breites wissenschaftliches Gebiet, das theoretische, beobachtende und computergestützte Forschung kombiniert, die sich alle in Konventionen und Jargon unterscheiden." [10] "In der Astronomie gibt es große Anstrengungen, sich auf integrierte Datenbanken, Software und Teleskope zuzubewegen." [10] ("Das virtuelle Observatorium" [10] ).

Entitätskategorien umfassen "Galaxie", "Nebel", "Stern", "Sternhaufen", "Supernova", "Planet", "Frequenz", "Dauer", "Leuchtkraft", "Position", "Teleskop", "Ion". ', 'Umfrage' und 'Datum'. [10]

Dominante Gruppen Bearbeiten

Der Begriff "dominante Gruppe" wird in der Astronomie verwendet, um andere wichtige astronomische Einheiten zu identifizieren. Das Gattungsunterschiede für mögliche Definitionen von "dominante Gruppe" fallen in die folgende Menge anordenbarer Paare:

Gattungen differentia für "dominante Gruppe" [4]
Synonym für "dominant" Kategorienummer Kategorietitel Synonym für "Gruppe" Kategorienummer Kategorietitel
"überlegen" 36 ÜBERLEGENHEIT "Anordnung" 60 ANORDNUNG
"einflussreich" 171 BEEINFLUSSEN "Klasse" 61 EINSTUFUNG
"Musik Note" 462 HARMONIK "Versammlung" 74 MONTAGE
"am wichtigsten" 670 BEDEUTUNG "Größe" 194 GRÖSSE
"regieren" 739 REGIERUNG "Malerei", "Gruppierung" 572 KUNST
"Meister" 747 MEISTER "assoziation", "set" 786 VERBAND
----- --- ------- "Sekte" 1018 RELIGIONEN, KULTEN, SEKTEN

„Ordnungsfähig“ bedeutet, dass jedes Synonym aus der ersten Kategorie mit jedem Synonym aus der zweiten Kategorie geordnet werden kann, um einen alternativen Begriff für „dominante Gruppe“ zu bilden, zum Beispiel „überlegene Klasse“, „einflussreiche Sekte“, „Meisterversammlung“, "wichtigste Gruppe" und "dominante Malerei". „Dominant“ fällt in Kategorie 171. „Gruppe“ ist in Kategorie 61. Außerdem kann jedes Wort, das in diesen Kategorien am häufigsten oder viel häufiger verwendet wird, auch einen alternativen Begriff bilden, wie zum Beispiel „herrschende Gruppe“, wobei wird am häufigsten in Kategorie 739 oder "dominante Partei" verwendet, wobei "Partei" in Kategorie 74 ist.

„Ein besonderes Thema ist die Cluster-Ionen-Reihe (NH3)neinNH4 + , da es die dominierende Ionengruppe über den gesamten untersuchten Temperaturbereich ist.“ [11] Für die Astrochemie „[d]ie Studien sollen Licht auf das Sputtern von planetarischem und interstellarem Eis und die mögliche Bildung neuer organischer Moleküle in CO--NH3–H2O-Eis durch Megaelektronenvolt-Ionenbombardierung." [11]

Alle alternativen Begriffe für dominante Gruppe [relative Synonyme], die in der Astronomie verwendet werden, sind astronomische Einheiten. Hier einige Beispiele aus der Literatur:

  1. "Nach der Erstellung werden Geräteklassenobjekte bei einer Instanz der Masterklasse registriert." [12]
  2. "Für ATIC wäre ein möglicher Satz definierter Klassen ein Master-Class-Event und die Unterklassen Header, Silicon, Scintillator, Bgo und Track." [13]
  1. "Die überragende Größe und Albedo der Venus verändern die Skala völlig, mit dem Ergebnis, dass Venus in ihrer hellsten Form etwa 12-mal heller ist als Merkur in ihrer hellsten." [14]
  2. "Es gibt keinen Grund zu bezweifeln, dass es sich einfach um gewöhnliche Meteore handelt, die aufgrund ihrer überragenden Größe und ungewöhnlich langsamen Geschwindigkeit überlebt haben, um die Erdoberfläche zu erreichen." [fünfzehn]
  1. "Gemeinsam mit Leonard Searle schrieb er eine einflussreiche Reihe von Arbeiten, die feststellten, dass Sternscheiben bei etwa vier exponentiellen Skalenlängen abgeschnitten sind und dass die vertikale Skalenhöhe von Scheiben mit dem Radius konstant ist." [16]
  2. "Bis jetzt war Themo vor allem für eine Reihe einflussreicher Fragen zu Aristoteles bekannt Meteorologie, das eng mit ähnlichen Sets von Nicole Oresme und vermutlich Simon Tunsted verwandt ist." [17]

Def. eine natürliche Strahlungsquelle am Himmel, insbesondere nachts, wird als an . bezeichnet astronomische Quelle.

Eine astronomische Quelle kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung, einen Stern oder eine Galaxie erzeugt haben oder erzeugen können. Eine Quelle reflektiert, erzeugt, überträgt oder fluoresziert das, was detektierbar ist.

EIN himmlische Quelle ist jede astronomische Quelle außer der Erde.

Eine astronomische Quelle hat normalerweise Intensität oft als räumliches, zeitliches oder spektrales Profil. Ein solches Profil kann kontinuierlich, intermittierend, vorübergehend, fluktuierend, aperiodisch oder unvorhersehbar sein.

Einige astronomische Objekte sind nicht direkt als Quelle nachweisbar, sondern können stattdessen einen Teil eines Signals von einer weiter entfernten Quelle absorbieren.

Das Bild rechts ist eine Himmelskarte der astronomischen Quellen innerhalb des ursprünglich entdeckten Fehlerkreises um die erste scheinbare astronomische Röntgenquelle, die im Sternbild Serpens Cauda (Serpens XR-1 oder Serpens X-1) entdeckt wurde. Die anderen Quellen innerhalb dieses Fehlerkreises sind Sterne, andere Röntgenquellen, eine Gammastrahlenausbruchquelle und ein dunkler Nebel.

In der Theorie von Quellenastronomie kommt zumindest ein Versuch zu antworten "Woher kommt es?" Gibt es eine Kausalität? Ist es modal? Oder ist es unzählbaren Ursprungs?

Die Wissenschaft der Astronomie besteht aus drei grundlegenden Teilen:

Die SIMBAD-Referenzdatenbank "enthält Identifikationen, 'Basisdaten', Bibliographie und ausgewählte Beobachtungsmessungen für mehrere Millionen astronomische Objekte." [18] "Die Besonderheit der SIMBAD-Datenbank besteht darin, die Informationen pro astronomisches Objekt zu organisieren". [18] „Der Aufbau einer Referenzdatenbank für . alle astronomischen Objekte außerhalb des Sonnensystems – war das erste Ziel der CDS“. [18] "Die einzigen astronomischen Objekte, die ausdrücklich von SIMBAD ausgeschlossen sind, sind die Körper der Sonne und des Sonnensystems." [18]

Def. ein natürliches Objekt am Himmel, besonders nachts, heißt an astronomisches Objekt.

Wie oben zu den astronomischen Objekten in der SIMBAD-Datenbank und in der Lernreferenzastronomie erwähnt, gibt es viele Objekte zwischen dem Beobachter auf dem Boden auf einem Teil der Erdkruste und anderen astronomischen Objekten als den Körpern der Sonne und des Sonnensystems. Darüber hinaus scheint es für diejenigen Beobachter, die von einem anderen Ort aus auf die Erde blicken, wie etwa in der Nähe des Mondes auf dem Foto oben rechts, dass die Erde ein natürliches Objekt ist. Auf der Erde, 384.000 km entfernt, halbiert der Sonnenuntergangsterminator Afrika.

Eine nähere Betrachtung der Erde zeigt einige der astronomischen Objekte in der Nähe der Erde und anscheinend knapp über der Oberfläche, wo sich ein Beobachter befinden könnte. Einige dieser Objekte wie Wolken werden wahrscheinlich konventionell eher von Planetenbeobachtern oder Wetterbeobachtern als von astronomischen Beobachtern untersucht.

Bei anderen Perspektiven als nach oben von der Erdkrustenoberfläche kann das Wort "Himmel" unzureichend oder unangemessen erscheinen, obwohl das Studium der Erde als Teil der Planetenwissenschaft interessante astronomische Objekte in der Nähe der Erde hinterlassen kann, die gelegentlich "am Himmel" sind. Die Idee ist, dass die Erde nicht in ihrem eigenen Himmel sein kann, oder doch? Vielleicht ist es eher eine Frage, ob andere Beobachter zustimmen, dass das, was ein Beobachter beobachtet, Astronomie oder Planetenwissenschaft oder beides ist.

Stern nach Wörterbuch Bearbeiten

Für das Objekt "Stern" ist eine Wörterbuchdefinition

1.a: „jeder natürlicher leuchtender Körper, der [insbesondere] nachts am Himmel sichtbar ist“, 1.b: „ein selbstleuchtender gasförmiger Himmelskörper von großer Masse, dessen Form [normalerweise] kugelförmig ist und dessen Größe so klein sein kann wie der Erde oder größer als die Erdumlaufbahn". [2]

Diese Definition scheint für ein Wörterbuch in Ordnung zu sein, aber ist sie für eine Wissenschaft und insbesondere Astronomie angemessen?

Def. das Studium der chemischen Zusammensetzung von Sternen und Weltraum heißt Astrochemie.

"Ein wichtiges Ziel der theoretischen Astrochemie ist es, aufzuklären, welche organischen Stoffe echten interstellaren Ursprungs sind, und mögliche interstellare Vorläufer und Reaktionswege für diejenigen Moleküle zu identifizieren, die das Ergebnis wässriger Veränderungen sind." [19]

Atmosphären Bearbeiten

Def. eine Gasschicht, die einen materiellen Körper mit ausreichender Masse umgeben kann,[3] und die durch die Schwerkraft des Körpers an Ort und Stelle gehalten wird, heißt an Atmosphäre.

Def. Die Gase, die die Erde oder jeden anderen astronomischen Körper umgeben, werden als an . bezeichnet Atmosphäre.

Interplanetares Medium Bearbeiten

Def. der Teil des Weltraums zwischen den Planeten eines Sonnensystems und seinem Stern heißt interplanetarer Raum.

Def. das Material, das das Sonnensystem ausfüllt und durch das sich alle größeren Körper des Sonnensystems wie Planeten, Asteroiden und Kometen bewegen, heißt an interplanetares Medium.

Interstellares Medium Bearbeiten

Def. die Materie, die im Raum zwischen den Sternensystemen einer Galaxie existiert, heißt an interstellares Medium.

Intergalaktisches Medium Bearbeiten

Def. ein verdünntes Plasma [20], das in einer kosmischen Fadenstruktur [21] organisiert ist, wird als . bezeichnet intergalaktisches Medium (IGM).

Ionen Bearbeiten

Def. ein Atom oder eine Gruppe von Atomen, die eine elektrische Ladung tragen, wie die Natrium- und Chloratome in einer Salzlösung, wird als an . bezeichnet Ion.

Materialien Bearbeiten

Def. Materie, die geformt oder manipuliert werden kann, insbesondere bei der Herstellung von etwas, wird als a . bezeichnet Material.

Def. Jedes Instrument, das in der Astronomie zur Beobachtung entfernter Objekte verwendet wird, heißt a Teleskop.

Def. ein Objekt, meist aus Glas, das das Licht fokussiert oder defokussiert oder ein Elektronenstrahl, der es durchquert, heißt a Linse.

Meteoriten Bearbeiten

Def. ein metallischer oder steiniger Gegenstand, der die Überreste eines Meteors ist, wird als a . bezeichnet Meteorit.

Unterkünfte Bearbeiten

Def. ein Zufluchtsort, ein Hafen oder eine andere Deckung oder ein Schutz vor etwas heißt a Schutz.

Def. alles, was wie ein übliches Strukturelement der Architektur geformt ist, das der hohlen oberen Hälfte einer Kugel ähnelt, einer Kuppel], die oft als Abdeckung verwendet wird, wird als a . bezeichnet Kuppel.

Astrognosie beschäftigt sich mit den Materialien von Himmelsobjekten und ihrer allgemeinen äußeren und inneren Beschaffenheit.

Der theoretische Aufbau der Erde wird rechts anhand des eindimensionalen Preliminary Reference Earth Model [22] (PREM) veranschaulicht. Die Dichte in kg-m -3 radialer Schichten ist gegen den Radius in km aufgetragen.

Die auf die Astronomie anwendbare Geographie kann als „Astrogeographie“ bezeichnet werden. Dieser Begriff ist jedoch oft eingeschränkter. „[D]ie Beziehung zwischen Weltraumgeographie und geographischer Position (Astrogeographie) und der Entwicklung der aktuellen und zukünftigen militärischen Weltraumstrategie“ [23] wurde identifiziert und bewertet. [23]

Def. die kunst, die sterne zu beschreiben oder abzugrenzen, nennt man eine beschreibung oder kartierung des himmels Astrographie.

Def. ein Ort, an dem Sterne, Planeten und andere Himmelskörper beobachtet werden, heißt an Observatorium.

Vom Papyrus Ebers aus hat ein Jahr 360 Tage von zwölf Monaten zu je dreißig Tagen. [24]

"Ein Zeitraum von 360 Tagen, bestehend aus 12 Monaten zu je 30 Tagen, wurde von den Mesopotamiern mindestens im dritten Jahrtausend v. Chr. dem Jahr in Tagen und Monaten zugeordnet." [25]

Im alten Iran (Persien) betrug das Jahr 360 Tage mit 12 Monaten zu je 30 Tagen. [26] [27]

"Alle Veda [Indien] Texte sprechen einheitlich und ausschließlich von einem Jahr von 360 Tagen [12 Monate zu je 30 Tagen]. Passagen, in denen diese Jahreslänge direkt angegeben wird, finden sich in allen Brahmanen." [28] Diese Periode stammt ungefähr aus dem dritten Jahrtausend (

Ein alter chinesischer Kalender hatte ein 360-Tage-Jahr mit zwölf Monaten zu je dreißig Tagen. [30]

Die Mayas hatten eine alte Tradition, dass das Jahr zwölf Monate zu je dreißig Tagen hatte, also 360 Tage im Jahr. [31]

"Das peruanische Jahr war in zwölf unterteilt Quillaoder Monde von dreißig Tagen." [32]

Anscheinend hatte das Jahr mit jedem dieser Orte rund um den Globus und mehreren anderen in der Nähe des Mittelmeers genau 360 Tage von 12 Monaten zu je 30 Tagen, dann wurde das Jahr irgendwann in der Nähe von 2700 b2k auf das heutige Jahr verlängert.

Def. (ab 1945) werden "die Teile des menschlichen Interesses an Himmelsphänomenen, die einer mathematischen Behandlung zugänglich sind" genannt Astronomie. [33] Dies ist Neugebauers Definition der Astronomie. [34]

Def. „die Suche nach astronomischen Schichten, deren Inhalt klassifiziert werden könnte“ heißt Astronomie. [35] Dies ist Herschels Definition der Astronomie. [36]

„Die bloße „Sternordnung“ ist nicht „Astronomie“, soweit der moderne Gebrauch des Begriffs es impliziert, unabhängig von der Etymologie des Wortes“. [25]

Def. (ab 2000) "die genaue Abbildung des Himmels, um die genaue Vorhersage von Phänomenen zu ermöglichen" heißt Astronomie. [25]

Def. "das Studium von Objekten und Materie außerhalb der Erdatmosphäre und ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften" heißt Astronomie. [37]

Elektrische Sonne Bearbeiten

"[D]ie Sonnenkorona ist äußerst variabel und daher wie unsere Polarlichter, die bekanntermaßen elektrisch sind." [38] "Diese riesige elektrische Masse muss eine große elektrische Abstoßung durch den leeren Raum haben, und es verleiht meiner Position die Wahrscheinlichkeit, dass sie die Schweife der Kometen und unser Tierkreislicht und Aurora Borealis von der Sonne wegtreibt." [38] "Elektrizität allein kann Elektrizität abstoßen." [38] "[D]ie Richtung der Schweife der Kometen ist nur die Wechselwirkung zwischen der Sonne und den Kometen, die gleiche wie die Wirkung zwischen einem geladenen Hauptleiter und einer geladenen Markkugel einer elektrischen Maschine." [38]

"[Eine] Vielfalt geophysikalischer und astrophysikalischer Phänomene kann durch eine Nettoladung auf der Sonne von -1,5 x 10 28 e.s.u. erklärt werden." [39] Diese Zahl wurde später um den Faktor fünf reduziert. [40]

„Es scheint ein erhebliches Missverständnis seitens der Physiker über die Art und den Grad der Beobachtungsunterstützung der Gravitationstheorie zu geben. Zum Beispiel scheint allgemein angenommen zu werden, dass die Beobachtungen der Planetenbewegung mit berechneten Bahnen in der Genauigkeit der Beobachtungen übereinstimmen.“ Auf der anderen Seite ist den Astronomen seit langem bekannt, dass es erhebliche systematische Diskrepanzen zwischen berechneten und beobachteten Bahnen gibt.“ [41]

Milchstraße Bearbeiten

Demokrit "lebte 300 Jahre vor der christlichen Ära in Abdère [2300 b2k]. In einem kurzen, von Plutarch zitierten Fragment erklärt er, dass die Milchstraße eine Ansammlung kleiner Sterne ist, die zu weit entfernt sind, um einzeln wahrgenommen zu werden." [42]

Koronale Wolken Bearbeiten

"Angefangen mit der Daguerreotypie der Korona von 1851 hatte der Pfarrer auf die Leinwand Bilder geworfen, die die Form der Korona in verschiedenen Jahren illustrierten. Die Zeichnungen von denen von 1867, 1878 und 1900 zeigten alle lange äquatoriale Verlängerungen mit Öffnungen an der Sonnenmasten voller schöner Strahlen." [43] "Die Zwischenjahre, wie zum Beispiel 1883, 1886 und 1896, zeigten die vier Gruppen von Synklinalen, die hauptsächlich die Korona bilden, die allmählich zum Äquator der Sonne absinken, mit einer entsprechenden Öffnung der Polargebiete." [43]

"Einige der Theorien der Sonnenkorona wurden dann illustriert und diskutiert." [43]

  1. "Die Korona hat nicht die Art einer Atmosphäre um die Sonne, denn der Druck am Rand der Sonne wäre enorm, während die dünnen chromosphärischen Linien zeigen, dass dies nicht der Fall ist." [43]
  2. "Kometen, wie der von 1843, haben sich im Bereich der Protuberanzen mit enormen Geschwindigkeiten der Sonne genähert, ohne Unterbrechung oder Verzögerung zu erleiden." [43]
  3. "Wenn es sich nicht um eine Atmosphäre aus Gaspartikeln handelt, so ist es noch weniger eine Atmosphäre aus festen Steinen oder Meteoriten." [43]
  4. "Meteorströme kreisen um die Sonne, aber es gibt keinen Grund, warum die Positionen der Umlaufbahnen oder die intrinsische Helligkeit solcher Ströme mit der Sonnenfleckenperiode variieren sollten." [43]
  5. "Das Aussehen der Korona scheint nicht so zu sein, wie es die Projektion von Meteorströmen auf das Himmelsgewölbe geben würde." [43]
  6. "Prof. Schaeberle hat einen mechanischen Ursprung der Sonnenkorona aufgrund der Auswurfkräfte von Teilchen aus dem Sonnenrand, wie durch die Vorsprünge belegt, und der Schwerkraft unter den besonderen Bedingungen der Sonnenrotation und der Neigung von . vorgeschlagen seine Achse zur Erdumlaufbahn." [43]
  7. "Die elektrische Theorie der Korona verneint die mechanische Theorie nicht, sondern ergänzt sie. Sie berücksichtigt neben den Gravitations- und Ausstoßkräften die abstoßende Kraft, die die Sonne auf Materie ausübt, die das gleiche elektrische Vorzeichen hat wie sie selbst. und die daraus ausgeworfen wurde." [43]
  8. "Es scheint, dass die Sonnenkorona die Natur einer elektrischen Aurora um die Sonne hat." [43]
  9. "Die koronoidalen Entladungen in schlechtem Vakuum, die Prof. Pupin über eine isolierte Metallkugel erhalten hat, sind den Strahlen und Luftschlangen der Sonnenkorona außerordentlich ähnlich." [43]

Sternzeichen Bearbeiten

"Nach Gruson und Brugsch kannten und verehrten die Ägypter das Tierkreislicht von frühester Zeit an als ein im ganzen Osten sichtbares Phänomen vor Sonnenaufgang und nach Sonnenuntergang. Es wurde als leuchtende Garbe oder leuchtende Pyramide senkrecht zu . beschrieben den Horizont im Sommer und neigte sich im Winter mehr oder weniger. Tatsächlich stellten die Ägypter das Tierkreislicht in Form eines Dreiecks dar, das manchmal aufrecht stand und manchmal geneigt war." [44]

Die einfachste Beschreibung der Wege, die astronomische Objekte nehmen können, wenn sie aneinander vorbeifahren, umfasst einen hyperbolischen und einen parabolischen Durchgang. Beim Einfangen entsteht normalerweise eine elliptische Umlaufbahn.

Def. Mathematik, die im Studium der Astronomie, Astrophysik und Kosmologie verwendet wird, heißt Astromathematik.

Der Planet Merkur ist aufgrund eines kleinen himmlischen Zufalls besonders anfällig für den Einfluss des Jupiter: Das Perihel von Merkur, der Punkt, an dem es der Sonne am nächsten kommt, präzediert alle 1000 Jahre mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 Grad, und das Perihel von Jupiter präzediert nur etwas langsamer. Eines Tages könnten die beiden synchron laufen, und zu diesem Zeitpunkt könnten sich die konstanten Gravitationsschleppen des Jupiter ansammeln und Merkur vom Kurs abbringen. Dadurch könnte es ganz aus dem Sonnensystem herausgeschleudert werden [45] oder auf Kollisionskurs mit Venus oder Erde geschickt werden. [46]

Orbitaltheorie Bearbeiten

Orbits gibt es in vielen Formen und Bewegungen. Die einfachsten Formen sind ein Kreis oder eine Ellipse.

Die Brennpunkte einer Ellipse sind zwei besondere Punkte F1 und F2 auf der Hauptachse der Ellipse und sind gleich weit vom Mittelpunkt entfernt. Die Summe der Abstände von jedem Punkt P auf der Ellipse zu diesen beiden Brennpunkten ist konstant und gleich der Hauptachse ( PF1 + PF2 = 2ein ). Jeder dieser beiden Punkte heißt a Fokus der Ellipse.

Wenn beim Gravitations-Zweikörperproblem die beiden Körper aneinander gebunden sind (d. h. die Gesamtenergie ist negativ), sind ihre Bahnen ähnliche Ellipsen, wobei der gemeinsame Schwerpunkt einer der Brennpunkte jeder Ellipse ist. Der andere Brennpunkt einer der Ellipsen hat keine bekannte physikalische Bedeutung. Interessanterweise ist die Umlaufbahn eines der beiden Körper im Bezugssystem des anderen ebenfalls eine Ellipse, wobei der andere Körper in einem Brennpunkt liegt.

Im Idealfall wäre auch die Bewegung zweier entgegengesetzt geladener Teilchen im leeren Raum eine Ellipse.

Eine reale Umlaufbahn (und ihre Elemente) ändert sich im Laufe der Zeit aufgrund von Gravitationsstörungen durch andere Objekte und den Auswirkungen der Relativitätstheorie. Eine Keplerbahn ist lediglich eine idealisierte, mathematische Näherung zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Exzentrizitäten Bearbeiten

"Die Exzentrizität der Umlaufbahn von Quecksilber [e] schwankt zwischen etwa 0,11 und 0,24, wobei die kürzeste Zeitspanne zwischen den Extremwerten etwa 4 x 10 5 Jahre beträgt". [47] "Kleinere Amplitudenvariationen treten mit einer Periode von etwa 10 5 Jahren auf." [47]

Neigungen Bearbeiten

"Die Bahnneigung [ich] [von Merkur] variiert zwischen 5° und 10° mit einer Periode von 10 6 Jahren mit kleineren Amplitudenschwankungen mit einer Periode von etwa 10 5 Jahren." [47]

Schräglagen Bearbeiten

Bei axialer Neigung, Axiale Neigung (auch genannt Schräglage) ist der Winkel zwischen der Rotationsachse eines Objekts und einer Linie senkrecht zu seiner Orbitalebene. Der Planet Venus hat eine axiale Neigung von 177,3°, weil er sich in rückläufiger Richtung dreht, im Gegensatz zu anderen Planeten wie der Erde. Der Planet Uranus dreht sich auf seiner Seite so, dass seine Rotationsachse und damit sein Nordpol fast in Richtung seiner Umlaufbahn um die Sonne zeigt. Daher beträgt die axiale Neigung von Uranus 97°. [48]

Die Schiefe der Erdachse hat eine Periode von etwa 41.000 Jahren. [49]

Präzessionen Bearbeiten

Die Tagundnachtgleichen der Erde präzedieren mit einer Periode von etwa 21.000 Jahren. [49]

Orbitalpole Bearbeiten

Ein Bahnpol ist ein Ende einer gedachten Linie, die durch das Zentrum einer Bahn senkrecht zur Bahnebene verläuft und auf die Himmelskugel projiziert wird. Es ähnelt im Konzept einem Himmelspol, basiert jedoch auf der Umlaufbahn des Planeten anstelle der Rotation des Planeten.

Resonanzen Bearbeiten

Eine Orbitalresonanz tritt auf, wenn zwei umkreisende Körper einen regelmäßigen, periodischen Gravitationseinfluss aufeinander ausüben, normalerweise dadurch, dass ihre Umlaufperioden durch ein Verhältnis von zwei kleinen ganzen Zahlen in Beziehung stehen. Das physikalische Prinzip hinter der Orbitalresonanz ähnelt im Konzept dem Schieben eines Kindes auf einer Schaukel, wobei die Bahn und die Schaukel beide eine Eigenfrequenz haben und der andere Körper, der das "Schieben" ausführt, in periodischen Wiederholungen agiert, um eine kumulative Wirkung auf die die Bewegung. Bahnresonanzen verstärken den gegenseitigen Gravitationseinfluss der Körper, d. h. ihre Fähigkeit, die Bahnen des anderen zu verändern oder zu beschränken, stark. Dies führt in den meisten Fällen zu einer instabilen Wechselwirkung, bei der die Körper Impulse austauschen und Bahnen verschieben, bis die Resonanz nicht mehr besteht. Ein Resonanzsystem kann unter Umständen stabil und selbstkorrigierend sein, so dass die Körper in Resonanz bleiben. Beispiele sind die 1:2:4-Resonanz der Jupitermonde Ganymed, Europa und Io und die 2:3-Resonanz zwischen Pluto und Neptun. Instabile Resonanzen mit den inneren Saturnmonden führen zu Lücken in den Saturnringen. Der Sonderfall der 1:1-Resonanz (zwischen Körpern mit ähnlichen Bahnradien) führt dazu, dass große Körper des Sonnensystems die meisten anderen Körper ausstoßen, die ihre Bahnen teilen. Dies ist Teil des viel umfangreicheren Prozesses der Reinigung der Nachbarschaft, ein Effekt, der in der aktuelle Definition eines Planeten.

Orbitalzerfälle Bearbeiten

Orbitalzerfall ist der Prozess der anhaltenden Verringerung der Höhe der Umlaufbahn eines Satelliten. Dies kann auf den Luftwiderstand einer Atmosphäre zurückzuführen sein [häufige Kollisionen zwischen dem Satelliten und den umgebenden Luftmolekülen]. Der Widerstand des Objekts ist bei erhöhter Sonnenaktivität größer, da er die obere Atmosphäre erwärmt und ausdehnt.

„Im Gegensatz zu der allgemein von Laborphysikern vertretenen Meinung hat die Astronomie zum Wachstum unseres Verständnisses der Physik beigetragen.“ [1]

Def. die physikalischen Eigenschaften von Himmelskörpern und mit der Wechselwirkung zwischen Materie und Strahlung in Himmelskörpern und im Raum zwischen ihnen heißt Astrophysik.

Die theoretische Astronomie versucht zu verstehen, was hinter kosmischen Ereignissen steckt, indem sie die Physik aus dem Labor nimmt und sie in Modellen gegen die aus Beobachtungen gewonnenen Daten testet. Dies wird normalerweise als Entwurf: Astrophysik bezeichnet. Aber oft scheinen die Beobachtungen mehr zu sein als nur das, was die Physik beschreiben kann. Das Hinzufügen zusätzlicher Leckerbissen kann helfen, eine bessere Übereinstimmung zu beschreiben und zu erzeugen. Wenn diese zusätzlichen Leckerbissen physikalischer Natur sind, sind sie Teil der theoretischen Astrophysik, wenn sie astronomischer Natur sind, dann der theoretischen Astronomie.

Astronomische Einheiten Bearbeiten

Def. "1 Tag (d)" heißt der astronomische Zeiteinheit. [50]

Def. "365,25 Tage" heißt a Julianisches Jahr. [50]

Def. "36.525 Tage" heißt a Julianisches Jahrhundert. [50]

Def. "Der Abstand vom Sonnenzentrum, bei dem ein Teilchen von vernachlässigbarer Masse in einer ungestörten Kreisbahn eine Umlaufzeit von 365,2568983 Tagen hätte" wird als die bezeichnet Astronomische Einheit (AU). [50]

Def. "149.597.870.700 Meter" heißt der Astronomische Einheit. [51]

Def. "die Masse der Sonne" heißt die astronomische Masseneinheit. [50]

Def. die Geschwindigkeit, mit der ein Stern Energie in alle Richtungen abstrahlt, heißt Helligkeit.

Def. "die Entfernung, in der eine Astronomische Einheit einen Winkel von einer Bogensekunde einschließt" heißt Parsec (Stk). [50]

Def. "die Strecke, die das Licht in einem Julischen Jahr im Vakuum zurücklegt" wird als bezeichnet Lichtjahr (ly). [50]

Auroras Bearbeiten

Computersimulationen werden normalerweise verwendet, um Polarlichter darzustellen. Das Bild rechts zeigt eine Terrella in einem Laborexperiment zur Erzeugung von Polarlichtern.

Schwankende sichtbare Quelle Bearbeiten

Betrachten Sie nur den Teil der Emission der sichtbaren Quelle rechts, der ein Pegelmaximum ist. Wenn dies die erste erhaltene Beobachtung ist, ist eine vernünftige theoretische Erklärung aus der Physik eine konstante sichtbare Quelle eines schwarzen Körpers wie eine Glühbirne. In einem Physiklabor erzeugt eine konstante Spannungs-/Stromversorgung eine konstante Intensität.

Betrachten Sie nun die Beobachtung in voller Länge, die durch den sich bewegenden grünen Kreis angezeigt wird. Aus physikalischer Sicht scheint die Stromversorgung nicht stabil zu sein. Die Verwendung von Wechselstrom (AC) zum Betreiben der Glühbirne mit 60 Zyklen pro Sekunde kann dazu führen, dass der Detektor eine oszillatorische Intensitätskurve liefert, wenn seine Reaktionszeit kurz genug ist, um die Verwendung von AC zu beheben. Dies ist eine mögliche theoretische Physik, daher theoretische Astrophysik zusätzliche Erklärung dessen, was passieren kann.

Eine theoretische astronomische Erklärung ist in der farbigen Abbildung oben als zwei sichtbare Quellen angegeben, die vom Detektor nicht aufgelöst werden (nur als Punktquelle gesehen), aber möglicherweise für die Änderungen des vom Detektor empfangenen sichtbaren Lichts verantwortlich sind. Was halten Sie für wahrscheinlicher: eine schwankende Stromversorgung oder eine verdunkelnde Binärdatei?

Physik beschäftigt sich mit Kräften, Feldern, Energie, Kinetik und Strahlung. Die Astronomie hat ihre eigenen Gesetze in Bezug auf sich bewegende Wesen oder Körper. Die Anwendung eines Feldes auf ein astronomisches Phänomen kann klären, was geschieht. Das ist der Fokus der Astrophysik. Es braucht Theorie, um die Physik mit der Größe der Situation und ihrer Komplexität in Einklang zu bringen.

Helligkeit Bearbeiten

Die Leuchtkraft von Sternen wird in zwei Formen gemessen: ersichtlich (nur sichtbares Licht) und bolometrische (Gesamtstrahlungsenergie). (Ein Bolometer ist ein Instrument, das Strahlungsenergie über ein breites Band durch Absorption und Messung von Wärme misst.) Ohne Angabe bedeutet "Leuchtkraft" bolometrische Leuchtkraft, die entweder in SI-Einheiten, Watt oder in Form von Sonnenleuchtstärken gemessen wird. L ⊙ > , dh wie viel Energie das Objekt abstrahlt wie die Sonne.

Die Leuchtkraft ist eine intrinsische, entfernungsunabhängige, messbare Eigenschaft und wird als absolute Helligkeit bewertet, die der scheinbaren Leuchtkraft im sichtbaren Licht eines Sterns bei einer interstellaren Entfernung von 10 Parsec entspricht, oder der bolometrischen Helligkeit entsprechend der bolometrischen Leuchtkraft. Im Gegensatz dazu hängt die scheinbare Helligkeit mit der Entfernung durch ein inverses Quadratgesetz zusammen. Zusätzlich zu dieser Helligkeitsabnahme aus größerer Entfernung gibt es eine zusätzliche lineare Abnahme der Helligkeit für die interstellare "Auslöschung" von interstellarem Staub. Die sichtbare Helligkeit wird normalerweise durch die scheinbare Helligkeit gemessen. Sowohl absolute als auch scheinbare Helligkeiten liegen auf einer inversen logarithmischen Skala, wobei 5 Helligkeiten erhöhen, ansteigen Gegenstücke ein 100. Teil verringern in nichtlogarithmischer Leuchtkraft.

Durch die Messung der Breite bestimmter Absorptionslinien im Sternspektrum ist es oft möglich, einem Stern eine bestimmte Leuchtkraftklasse zuzuordnen, ohne seine Entfernung zu kennen. Somit kann ein angemessenes Maß für seine absolute Größe bestimmt werden, ohne seine Entfernung oder die interstellare Extinktion zu kennen, und stattdessen können die Entfernung und die Extinktion bestimmt werden, ohne sie direkt durch die jährliche Parallaxe zu messen. Da die Sternparallaxe für viele weit entfernte Sterne in der Regel zu klein ist, um gemessen zu werden, ist dies eine gängige Methode zur Entfernungsbestimmung.

Bei einer sichtbaren Leuchtkraft (nicht der Gesamtleuchtkraft) kann man die scheinbare Helligkeit eines Sterns aus einer bestimmten Entfernung berechnen:

ichStar ist die scheinbare Helligkeit des Sterns (eine reine Zahl) ichSonne ist die scheinbare Helligkeit der Sonne (auch eine reine Zahl) LStar ist die sichtbare Leuchtkraft des Sterns L ⊙ > ist die sichtbare Sonnenleuchtkraft dStar ist die Entfernung zum Stern dSonne ist die Entfernung zur Sonne

Nukleosynthese Bearbeiten

"Unsere Berechnungen zeigen, dass die Produktion von [Lithium] in niederenergetischen Flares [durch Nukleosynthese], die in den Oberflächen von T-Tauri-ähnlichen Sternen stattfindet, energetisch möglich ist und die beobachteten Überschüsse über die interstellare Häufigkeit liefern kann." [52]

„[D]hier gibt es Beweise für die Lithiumproduktion in einigen Sternen aufgrund eines undefinierten Mechanismus. Die Beobachtungen zeigen, dass die Li-Häufigkeit bei einigen Roten Riesen und jungen Sternen die durchschnittliche Häufigkeit im Universum um 2 Größenordnungen übersteigt.“ [53] Es wird "vermutet, dass Li, das in den Heliumhüllen der Roten Riesen produziert wird, als Ergebnis einer starken Konvektion an die Oberfläche der Sterne gelangt." [53] Für junge Sterne „scheint die Erzeugung der leichten Elemente in nichtthermischen Kernreaktionen der am besten geeignete Mechanismus zu sein, der für die Anreicherung stellarer Photosphären durch Li verantwortlich sein kann“. [53] "Mindestens 0,3 Tonnen angeregter Li- und Be-Kerne wurden während der Sonneneruption vom 15. November 1991 produziert. Man kann die Gleichgewichtskonzentration von 7 Li-Kernen in der Sonnenatmosphäre abschätzen, wenn man davon ausgeht, dass sie nur in Sonneneruptionen produziert werden und dass mit dem Sonnenwind ein Austritt von Li-Kernen auftritt." [53]

Obwohl normalerweise davon ausgegangen wird, dass 7 Be durch die Urknall-Kernfusion entstanden ist, deuten Überschüsse (100x) des Isotops an der Vorderkante [54] der Long Duration Exposure Facility (LDEF) relativ zur Hinterkante darauf hin, dass "die meisten die Verschmelzung der Sonne muss in der Nähe der Oberfläche statt im Kern stattfinden." [55] Die besondere Reaktion

3 He + 4 He → 7 Be + γ (429 keV)

und die dazugehörigen Reaktionsketten

erzeugen 14% bzw. 0,1% der α-Teilchen und 10,7% der aktuellen Leuchtkraft der Sonne. [56] Normalerweise wird davon ausgegangen, dass sich das produzierte 7 Be tief im Kern der Sonne befindet, jedoch würde dieses 7 Be nicht entweichen, um die Vorderkante des LDEF zu erreichen.

Sterne Bearbeiten

Def. "jedes Objekt, das sich auf einer dynamischen Zeitskala durch Gravitationsinstabilität bildet", heißt a Star. [57]

Sternenfleck Bearbeiten

"[D]hier gab es drei mögliche Perioden ausgeprägter Sonnenanomalie während der letzten 1000 Jahre: das Maunder-Minimum, ein weiteres Minimum [das Spörer-Minimum] im frühen 16. Jahrhunderte." [58]

Die grundlegenden Ursachen der Sonnenvariabilität und der Sonnenzyklen werden noch diskutiert, wobei einige Forscher einen Zusammenhang mit den Gezeitenkräften aufgrund der Gasriesen Jupiter und Saturn [59] [60] oder aufgrund der solaren Trägheitsbewegung vorschlagen. [61] [62]

Schwaches Äquivalenzprinzip Bearbeiten

Alle Testteilchen am gleichen Raumzeitpunkt in einem gegebenen Gravitationsfeld werden unabhängig von ihren Eigenschaften, einschließlich ihrer Ruhemasse, dieselbe Beschleunigung erfahren. [63]

„Die Beobachtung eines Neutrino-Ausbruchs innerhalb von 3 Stunden nach dem zugehörigen optischen Burst der Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke bietet einen neuen Test des schwachen Äquivalenzprinzips, indem gezeigt wird, dass Neutrinos und Photonen im Gravitationsfeld der Galaxie denselben Bahnen folgen ." [64]

Das Astrolabium war praktisch ein analoger Rechner, der verschiedene Probleme der sphärischen Astronomie lösen konnte.

Irgendeine Form eines "Astrolabs" könnte im dritten Jahrtausend v. Chr. verwendet worden sein. [25]

Hipparcos ist das erste Weltraumexperiment, das sich der Präzisionsatrometrie widmet, der genauen Messung der Positionen von Himmelsobjekten.

Diese Messungen ermöglichen "die genaue Bestimmung der Eigenbewegungen und Parallaxen von Sternen, ihrer Entfernung und Tangentialgeschwindigkeit.

Planetenwissenschaft (selten Planetologie) ist die wissenschaftliche Untersuchung von Planeten (einschließlich Erde), Monden und Planetensystemen, insbesondere des Sonnensystems und der Prozesse, die sie bilden. Es untersucht Objekte, die von Mikrometeoroiden bis hin zu Gasriesen reichen, um deren Zusammensetzung, Dynamik, Entstehung, Wechselbeziehungen und Geschichte zu bestimmen. Es ist ein stark interdisziplinäres Gebiet, das ursprünglich aus der Astronomie und den Geowissenschaften hervorgegangen ist, [65] aber heute viele Disziplinen umfasst, darunter Planetenastronomie, Planetengeologie (zusammen mit Geochemie und Geophysik), Atmosphärenwissenschaften, Ozeanographie, Hydrologie, theoretische Planetenwissenschaften, Glaziologie und die Erforschung extrasolarer Planeten. [65] Alliierte Disziplinen umfassen Weltraumphysik, wenn es um die Auswirkungen der Sonne auf die Körper des Sonnensystems geht, und Astrobiologie.

Planeten Bearbeiten

Def. "ein Himmelskörper, der

(a) sich im Orbit um die Sonne befindet,

(b) eine ausreichende Masse für seine Eigengravitation hat, um Starrkörperkräfte zu überwinden, so dass er eine hydrostatische Gleichgewichtsform (fast rund) annimmt, und

(c) die Umgebung um seine Umlaufbahn gesäubert hat" heißt a Planet. [66]

Die vorgeschlagene allgemeinere Definition für einen Planeten in der Umlaufbahn um einen anderen Stern ersetzt in Teil (a) "die Sonne" durch "einen Stern", behält Teil (b) bei, enthält keinen Teil (c) und fügt hinzu "ist weder ein Stern noch ein Satellit eines Planeten." [67]

Def. "ein Himmelskörper, der

(a) sich im Orbit um die Sonne befindet,

(b) eine ausreichende Masse für seine Eigengravitation hat, um starre Kräfte zu überwinden, so dass es eine hydrostatische Gleichgewichtsform (fast rund) annimmt,

(c) die Umgebung um seine Umlaufbahn nicht gelöscht hat und

(d) ist kein Satellit" heißt a Zwergplanet. [66]

Def. "[a]alle anderen Objekte [kein Planet oder Zwergplanet] außer Satelliten, die die Sonne umkreisen" werden kollektiv genannt Kleine Sonnensystemkörper. [66]

Def. ein Wanderer, der ein bewegtes Licht am Himmel ist, wird a genannt Planet. [66] Dies ist die ursprüngliche Beschreibung, die mit dem Wort "Planet" gemeint ist. [66]

Aus theoretischer Sicht der Planetenphysik: "Die Form von Objekten mit einer Masse über 5 x 10 20 kg und einem Durchmesser von mehr als 800 km würde normalerweise durch die Eigengravitation bestimmt, aber alle Grenzfälle müssten durch Beobachtung festgestellt werden." [67]

Def. ein Himmelskörper "gebildet durch Anhäufung eines Gesteinskerns, auf einer viel längeren Zeitskala, ≳ 10 7 Jahre, mit anschließender Aufnahme einer gasförmigen Hülle, wenn die Umstände dies zulassen, und mit einer anfänglich fraktionierten elementaren Zusammensetzung" heißt a Planet. [57]

Metaastronomie oder Metaastronomie ist die Sammlung von Ansätzen zur theoretischen Astronomie, die beim Versuch, ein astronomisches Phänomen zu verstehen, in Betracht gezogen werden können.

Im rechts gezeigten Modell sind die Sonne und die sie umgebenden Regionen beschriftet. "Das Kern der Sonne wird angenommen, dass er sich vom Zentrum bis etwa 0,2 bis 0,25 Sonnenradius erstreckt. [68] Es ist der heißeste Teil der Sonne und des Sonnensystems. Es hat eine Dichte von bis zu 150 g/cm³ (150-fache Dichte von flüssigem Wasser) und eine Temperatur von knapp 15.000.000 Kelvin [15 MK]. Der Kern besteht aus heißem, dichtem Gas im Plasmazustand. Der Kern innerhalb eines Sonnenradius von 0,24 erzeugt 99% der Fusionsenergie der Sonne. In der Kernregion können solare Neutrinos produziert werden.

Das Strahlungszone oder Strahlungszone ist eine Schicht im Inneren eines Sterns, in der Energie hauptsächlich durch Strahlungsdiffusion und nicht durch Konvektion nach außen transportiert wird. [69] Energie wandert in Form von elektromagnetischer Strahlung als Photonen durch die Strahlungszone. Innerhalb der Sonne befindet sich die Strahlungszone in der Zwischenzone zwischen dem Sonnenkern bei 0,2 des Sonnenradius und der äußeren Konvektionszone bei 0,71 des Sonnenradius. [69]

Das Konvektionszone eines Sterns ist der Radienbereich, in dem Energie hauptsächlich durch Konvektion transportiert wird. Stellare Konvektion besteht aus einer Massenbewegung des Plasmas innerhalb des Sterns, die normalerweise einen kreisförmigen Konvektionsstrom bildet, wobei das erhitzte Plasma aufsteigt und das abgekühlte Plasma absteigt. Dies ist die körnige Zone in der äußeren Schicht eines Sterns.

Das Standard-Solarmodell (SSM) ist eine mathematische Behandlung der Sonne als kugelförmige Gaskugel (in unterschiedlichen Ionisationszuständen, wobei der Wasserstoff im tiefen Inneren ein vollständig ionisiertes Plasma ist). Dieses Modell, technisch gesehen das kugelsymmetrische quasi-statische Modell eines Sterns, hat eine stellare Struktur, die durch mehrere Differentialgleichungen beschrieben wird, die aus grundlegenden physikalischen Prinzipien abgeleitet sind. Das Modell wird durch Randbedingungen eingeschränkt, nämlich die Leuchtkraft, der Radius, das Alter und die Zusammensetzung der Sonne, die gut bestimmt sind.

Da die Sonne aus einem Plasma besteht und nicht fest ist, rotiert sie an ihrem Äquator schneller als an ihren Polen. Dieses Verhalten wird als Differentialrotation bezeichnet und wird durch Konvektion in der Sonne und die Bewegung der Masse aufgrund steiler Temperaturgradienten vom Kern nach außen verursacht. Diese Masse trägt einen Teil des Drehimpulses der Sonne entgegen dem Uhrzeigersinn, vom ekliptischen Nordpol aus gesehen, und verteilt so die Winkelgeschwindigkeit.

"Sonnenrotation kann mit dem Breitengrad variieren, da die Sonne aus einem gasförmigen Plasma besteht. Es wird beobachtet, dass die Rotationsgeschwindigkeit am Äquator (Breite φ = 0°) am schnellsten ist und mit zunehmender Breite abnimmt. Die Differenzdrehzahl wird normalerweise durch die Gleichung beschrieben:

wobei ω die Winkelgeschwindigkeit in Grad pro Tag ist, φ die Sonnenbreite und A, B und C Konstanten sind. Die Werte von A, B und C unterscheiden sich je nach den zur Durchführung der Messung verwendeten Techniken sowie dem untersuchten Zeitraum. [70] Ein aktueller Satz akzeptierter Durchschnittswerte [71] ist:

A = 14,713 Grad/Tag (± 0,0491) B = –2,396 Grad/Tag (± 0,188) C = –1,787 Grad/Tag (± 0,253)

"[B]y unter der Annahme einer harmonischen Variation mit einer Periode von 11,13 Jahren. die Phasen einer solchen Variation [in Polardurchmesser minus äquatorialer Durchmesser der Sonne] stimmen innerhalb eines Fünftels eines Jahres mit den Phasen des Sonnenflecks überein Schwankungen, dass zu Zeiten, die dem Minimum der Sonnenfleckigkeit entsprechen, der Polardurchmesser relativ größer ist, dass zu Zeiten der maximalen Sonnenfleckigkeit der Äquatordurchmesser relativ größer ist.Die Amplitude der Variation ist extrem klein, aber ihre Realität scheint [Dies] macht zumindest die Existenz solcher periodischen Schwankungen der Sonnenform wahrscheinlicher als ihre Nichtexistenz." [72]

„Die Abflachung der Sonne, der Unterschied zwischen dem äquatorialen und dem polaren Durchmesser, spiegelt bestimmte grundlegende Eigenschaften der Sonne wider. . die Abflachung spiegelt die Eigenschaften des Sonneninneren wider. [Es gibt] eine zeitveränderliche, übermäßige äquatoriale Helligkeit, die einen Unterschied zwischen äquatoriale und polare Extremitäten-Verdunkelungsfunktionen. In Zeiten, in denen die überschüssige Helligkeit reduziert ist, kann die intrinsische visuelle Abflachung aus den Beobachtungen ohne detaillierte Kenntnis der überschüssigen Helligkeit erhalten werden. Eine Periode reduzierter überschüssiger Helligkeit trat im September 1973 auf." [73] Die Periode reduzierter äquatorialer Überhelligkeit trat zwischen dem Maximum des Sonnenzyklus um 1970 und dem Minimum um 1975 auf. Die Berücksichtigung einer übermäßigen äquatorialen Helligkeit und das Bemühen, Messungen bei Gelegenheiten einer reduzierten überschüssigen äquatorialen Helligkeit durchzuführen, führt zu einer Verringerung der Sonnenabflachung von etwa 86,6 ± 6,6 Millibogensekunden bis 18,4 ± 12,5 Millibogensekunden. [73]

Das Babcock-Modell beschreibt einen Mechanismus, der auf der Sonne beobachtete magnetische und Sonnenfleckenmuster erklären kann.

  1. Der Beginn des 22-Jahres-Zyklus beginnt mit einer gut etablierten Dipolfeldkomponente, die entlang der Sonnenrotationsachse ausgerichtet ist. Die Feldlinien werden tendenziell durch das hochleitfähige Solarplasma der Solaroberfläche gehalten.
  2. Die Rotationsrate des Sonnenoberflächenplasmas ist in verschiedenen Breitengraden unterschiedlich, und die Rotationsrate ist am Äquator um 20 Prozent schneller als an den Polen (eine Rotation alle 27 Tage). Folglich werden die magnetischen Feldlinien alle 27 Tage um 20 Prozent umschlungen.
  3. Nach vielen Drehungen werden die Feldlinien stark verdreht und gebündelt, wodurch ihre Intensität erhöht wird, und der resultierende Auftrieb hebt das Bündel an die Sonnenoberfläche, wodurch ein bipolares Feld entsteht, das als Knicke in den Feldlinien als zwei Punkte erscheint.
  4. Die Sonnenflecken resultieren aus den starken lokalen Magnetfeldern in der Sonnenoberfläche, die das lichtemittierende Sonnenplasma ausschließen und als dunkle Flecken auf der Sonnenoberfläche erscheinen.
  5. Der führende Fleck des bipolaren Feldes hat die gleiche Polarität wie die Sonnenhemisphäre, und der nachlaufende Fleck hat die entgegengesetzte Polarität. Der vorlaufende Fleck des bipolaren Feldes wandert tendenziell in Richtung Äquator, während der nachlaufende Fleck entgegengesetzter Polarität in Richtung des Sonnenpols der jeweiligen Hemisphäre wandert, wodurch sich das Sonnendipolmoment verringert. Dieser Prozess der Sonnenfleckenbildung und -wanderung setzt sich fort, bis sich das solare Dipolfeld umkehrt (nach etwa 11 Jahren).
  6. Das Sonnendipolfeld kehrt sich durch ähnliche Prozesse am Ende des 22-Jahres-Zyklus wieder um.
  7. Das Magnetfeld des Flecks am Äquator wird manchmal abgeschwächt, wodurch ein Einströmen von koronalem Plasma ermöglicht wird, das den Innendruck erhöht und eine magnetische Blase bildet, die platzen und einen Ausstoß von koronaler Masse erzeugen kann, wodurch ein koronales Loch mit offenen Feldlinien zurückbleibt. Solche koronalen Massenauswürfe sind eine Quelle des schnellen Sonnenwinds.
  8. Die Fluktuationen in den gebündelten Feldern wandeln magnetische Feldenergie in Plasmaerwärmung um, wodurch elektromagnetische Strahlung in Form von intensivem Ultraviolett (UV) und Röntgenstrahlung emittiert wird.

Die Sternentwicklung ist der Prozess, bei dem ein Stern während seiner Lebensdauer eine Reihe radikaler Veränderungen durchmacht. Je nach Masse des Sterns reicht diese Lebensdauer von nur wenigen Millionen Jahren für den massereichsten bis zu Billionen von Jahren für den masseärmsten, was deutlich länger ist als das Alter des Universums. Alle Sterne werden aus kollabierenden Gas- und Staubwolken geboren, die oft als Nebel oder Molekülwolken bezeichnet werden. Im Laufe von Millionen von Jahren gewöhnen sich diese Protosterne in einen Gleichgewichtszustand und werden zu einem sogenannten Hauptreihenstern.

Die Kernfusion versorgt einen Stern die meiste Zeit seines Lebens mit Energie. Zunächst wird die Energie durch die Verschmelzung von Wasserstoffatomen im Kern des Hauptreihensterns erzeugt. Später, wenn das Übergewicht der Atome im Kern zu Helium wird, beginnen Sterne wie die Sonne, Wasserstoff entlang einer den Kern umgebenden Kugelschale zu verschmelzen. Dieser Prozess führt dazu, dass der Stern allmählich an Größe wächst und das Unterriesenstadium durchläuft, bis er die Phase des Roten Riesen erreicht. Sterne mit mindestens der halben Masse der Sonne können auch beginnen, durch die Fusion von Helium in ihrem Kern Energie zu erzeugen, während massereichere Sterne schwerere Elemente entlang einer Reihe konzentrischer Schalen verschmelzen können. Sobald ein Stern wie die Sonne seinen Kernbrennstoff erschöpft hat, kollabiert sein Kern zu einem dichten Weißen Zwerg und die äußeren Schichten werden als planetarischer Nebel ausgestoßen. Sterne mit etwa der zehnfachen oder mehr Sonnenmasse können in einer Supernova explodieren, wenn ihre trägen Eisenkerne zu einem extrem dichten Neutronenstern oder Schwarzen Loch kollabieren.

Das Studium der Galaxienentstehung und -entwicklung befasst sich mit den Prozessen, die ein heterogenes Universum von einem homogenen Anfang an gebildet haben, der Entstehung der ersten Galaxien, der Art und Weise, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändern, und den Prozessen, die die Vielfalt der in nahen Galaxien beobachteten Strukturen hervorgebracht haben. Es ist eines der aktivsten Forschungsgebiete in der Astrophysik.

Die Entstehung von Galaxien wird aufgrund von Strukturbildungstheorien als Ergebnis winziger Quantenfluktuationen nach dem Urknall vermutet. Das einfachste Modell dafür, das im Allgemeinen mit beobachteten Phänomenen übereinstimmt, ist die Λ Cold Dark Matter-Kosmologie, das heißt, dass Galaxien durch Anhäufung und Verschmelzung an Masse gewinnen und auch ihre Form und Struktur bestimmen können.


Ja, New York Times, es gibt eine wissenschaftliche Methode

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme auf subzellulärer Ebene. Public-Domain-Bild von Dr. Erskine. [+] Palmer, USCDCP.

Es gibt viele verschiedene Wege, Wissenschaft zu betreiben, die gleichermaßen gültig sind, eine wissenschaftliche Methode passt nicht unbedingt auf alle Fälle. In der Astronomie sind Experimente praktisch unmöglich, da Sie nur beobachten können, was das Universum uns liefert. In den Anfängen der Quantenphysik waren die Ergebnisse so überraschend, dass es viele Jahre dauerte, bis man vernünftige Hypothesen aufstellen konnte, da die Regeln der Intuition widersprachen. Und in vielen Bereichen spielen zu viele Variablen eine Rolle, um das System genau zu modellieren, selbst wenn alle zugrunde liegenden, maßgebenden Gleichungen zu 100 % bekannt sind. Doch die Unterschiede in den Details, wie Wissenschaft betrieben wird, entkräften in keiner Weise Astronomie, Quantenphysik, Proteinfaltung oder Klimamodellierung als Wissenschaften. Aber auch die Ähnlichkeiten zwischen diesen wissenschaftlichen Bestrebungen und der Poesie oder Philosophie nicht letztere in den Status einer Wissenschaft erheben.

Diagramm mit Tierkreiszeichen und Sonnensystem mit der Welt im Zentrum. Von Andreas Cellarius. [+] Harmonia Macrocosmica, 1660/61. Bildnachweis: Loon, J. van (Johannes), Ca. 1611-1686.

Am 4. Juli erschien in der New York Times ein Meinungsartikel, in dem erklärt wurde, dass es keine wissenschaftliche Methode gebe. Der Autor stellt klar, dass er meint, es gibt keine deutlich wissenschaftliche Methode und beschreibt dann, wie schwer Begriffe wie "Gerechtigkeit" und "Mut" allumfassend zu definieren sind, obwohl wir sie kennen und erkennen, wenn wir sie sehen. Dann nimmt er zwei Beispiele – eines von Keplers erstem Gesetz (dass sich Planeten in Ellipsen um die Sonne bewegen) und eines von Galileis Entdeckung der Bewegung frei fallender Objekte – und führt die Tatsachen an, dass:

  • Kepler hätte Kreise, Kreise mit Epizykeln oder Ovale genauso gut an die Daten anpassen können wie eine Ellipse und hätte dadurch zu einem ganz anderen Gesetz gelangen können.
  • Galilei musste den Luftwiderstand, eine bekannte Kraft, vernachlässigen, um zu seinem Ergebnis zu gelangen.

Und deshalb, so die Schlussfolgerung, unterscheidet sich die Wissenschaft nicht von jedem anderen willkürlichen Unterfangen.

Keplers platonisches Festkörpermodell des Sonnensystems aus Mysterium Cosmographicum (1596). Bild . [+] Kredit: J. Kepler.

Außer dass die Wissenschaft ganz anders ist als jeder anderes Unterfangen, und Kepler und Galileo liefern tatsächlich außergewöhnliche Beispiele dafür, wie genau das geht, wenn James Blachowicz nur etwas tiefer gegraben hätte. Keplers ursprüngliches Modell oben war das Mysterium Cosmographicum, in dem er seine außergewöhnlich kreative Theorie für die Bestimmung der Planetenbahnen detailliert ausführte. Im Jahr 1596 veröffentlichte er die Idee, dass es eine Reihe unsichtbarer platonischer Körper gibt, wobei sich die Planetenbahnen auf den eingeschriebenen und umschriebenen Sphären befinden. Dieses Modell würde ihre Umlaufbahnen, ihre relativen Entfernungen vorhersagen und – wenn es richtig wäre – mit den herausragenden Daten übereinstimmen, die Tycho Brahe über viele Jahrzehnte hinweg aufgenommen hat.

Tycho Brahes Marsdaten, angepasst an Keplers Theorie. Bildnachweis: Wayne Pafko, 2000, über . [+] http://www.pafko.com/tycho/observe.html.

Aber ab dem frühen 17. Jahrhundert, als Kepler Zugriff auf die gesamte Sammlung von Brahes Daten hatte, stellte er fest, dass es nicht seinem Modell entsprechen. Seine anderen Versuche an Modellen, einschließlich ovaler Umlaufbahnen, scheiterten ebenfalls. Die Sache ist die, Kepler hat nicht nur mit einer willkürlichen Genauigkeit gesagt: "Na ja, das passte nicht zusammen". Er hatte das bisher beste wissenschaftliche Modell – das geozentrische Modell von Ptolemäus mit Epizykeln, Equanten und Deferenten – zum Vergleich. Wenn Sie in der Wissenschaft wollen, dass Ihre neue Idee das alte Modell ablöst, muss sie sich durch Experimente und Beobachtungen als überlegen beweisen. Das macht es zur Wissenschaft. Und deshalb waren die Ellipsen erfolgreich, weil sie bessere und genauere Vorhersagen lieferten als alle vorherigen Modelle, einschließlich Ptolemäus, Kopernikus, Brahes und sogar Keplers eigenen früheren Modellen.

Die Verwendung eines ausgehöhlten Kürbisses, um Flüssigkeit zu halten. Bildnachweis: Nick Hobgood von flickr, unter einer . [+] cc-by-2.0-Lizenz.

Der Punkt von Galileis ist eine weitere tiefe Illustration dafür, wie Wissenschaft tatsächlich funktioniert. Eines der allerersten wissenschaftlichen Experimente überhaupt - vor über 2.500 Jahren - wurde von Empedokles durchgeführt, um die Frage zu beantworten, ob Luft Raum einnimmt. Das obige Gerät ist als Clepsydra (griechisch für "Wasserdieb") bekannt, was ein Kürbis mit einem Loch oben und eins-zu-vielen Löchern unten ist. Sie tauchen den Kürbis in eine Wasserquelle, bis er sich füllt, legen dann Ihren Daumen über das Loch oben und tragen das Wasser überall hin. Obwohl die Griechen nichts von Vakuum oder Luftdruck wussten, konnten sie sehen, dass das Wasser am Boden nicht herausfiel, und das einzige, was "nach oben" drücken konnte, war Luft. Daher nimmt Luft Raum ein und füllt den gesamten Raum um uns herum auf der Erde aus, und wenn sich diese Luft relativ zu einem Objekt bewegt, übt sie eine Kraft aus.

Ein Mitglied der Golden Knights der US-Armee demonstriert Luftwiderstand. Bildnachweis: flickr-Benutzer . [+] Gerry Dincher unter einer cc-by-2.0-Lizenz.

Galileo wusste auch über den Luftwiderstand Bescheid, obwohl er ihn nicht quantifizieren konnte. Er wusste, dass, wenn man zwei Massen unterschiedlichen Gewichts aus kleiner und großer Höhe fallen ließ, der große Fall zu einem größeren Unterschied beim Auftreffen dieser beiden Massen auf dem Boden führte, und dieser Unterschied war auf den Luftwiderstand zurückzuführen. Galileis revolutionärer Fortschritt bestand, wie ich hier beschrieben habe, darin, zu bestimmen, dass Objekte in einer Entfernung fallen, die proportional zu der Zeit war, in der sie gefallen waren kariert, wenn diese anderen Effekte ignoriert wurden. Dies galt für Kugeln, die von einem Turm fallen gelassen wurden, ebenso wie für Gegenstände, die eine Rampe herunterrollten. Als wir es endlich in eine luftlose Welt geschafft haben, haben wir Galileos Experiment genau so durchgeführt, wie es idealisiert wurde: ganz ohne Luftwiderstand.

Aber andere Effekte existieren wirklich, und die Wissenschaft "endete" nicht mit den Fortschritten von Kepler und Galileo. Vielmehr wurden diese Fortschritte zum Ausgangspunkt für die Theorien, die sie verbessern sollten, in beiden Fällen von Isaac Newton. Für Keplers Problem der Planetenbewegung waren die Gravitationseffekte der Planeten aufeinander die nächste Unvollkommenheit, und nachdem wir das festgenagelt hatten, gab es bis Einstein im 20. Jahrhundert keine weiteren Verbesserungen. Newton hat es uns durch seine Entwicklung der Mechanik auch ermöglicht, beliebig viele zusätzliche Kräfte zu berücksichtigen, einschließlich des Luftwiderstands, da die F im F = mein ist eigentlich die Summe aller relevanten Kräfte auf ein System.

Es gibt oft sehr viele vernachlässigte Kräfte auf ein System, wenn wir es modellieren, um das Problem zu machen. [+] lenkbar. Oben ist eine Auswahl von Kräften dargestellt, die für einen Balkenabschnitt unter statischen Bedingungen relevant sind. Bildnachweis: Bpuccio von Wikimedia Commons unter einer c.c.a.-s.a.-3.0-Lizenz.

Das einzige, was die Genauigkeit der Modellierung begrenzt, wenn wir die zugrunde liegende Dynamik verstehen, ist entweder die inhärente Unsicherheit darüber, wie sich ein System verhält oder aufgebaut ist, und wie viele der tatsächlich wirkenden Kräfte wir praktisch in unser Modell einbeziehen können. Wissenschaft ist mehr als eine Wissenssammlung – obwohl sie diese Fakten, diese Daten und diese Ergebnisse erfordert –, sondern auch ein Prozess. Es ist ein selbstkorrigierender Prozess, bei dem es immer mit der realen Welt konfrontiert werden muss, mit dem, was wir beobachten und messen, mit seinen neuen Vorhersagen und mit der gesamten Palette von Modellen und Ideen, die es zuvor gab. Wirklich schockierend ist jedoch, dass einer der frühesten Philosophen, Thales von Milet, all dies wusste und es in seiner Philosophie des Naturalismus ganz klar aussprach. Wenn Blachowicz fragt,

Wenn die wissenschaftliche Methode nur eine Form einer allgemeinen Methode ist, die bei allen menschlichen Forschungen verwendet wird, wie kommt es dann, dass die Ergebnisse der Wissenschaft zuverlässiger sind als die, die von diesen anderen Formen geliefert werden?

Alles, was wir tun müssen, ist, seine eigenen Beispiele – voller anschaulicher Wissenschaft – auf ihn zu verweisen, um die Antwort zu finden.


Das Wesen der Wissenschaft

Der ultimative Richter in der Wissenschaft ist immer das, was die Natur selbst aufgrund von Beobachtungen, Experimenten, Modellen und Tests offenbart. Wissenschaft ist nicht nur eine Wissenssammlung, sondern eine Methode, mit der wir versuchen, die Natur und ihr Verhalten zu verstehen. Diese Methode beginnt mit vielen Beobachtungen über einen bestimmten Zeitraum. Aus den durch Beobachtungen gefundenen Trends können Wissenschaftler die speziellen Phänomene modellieren, die wir verstehen wollen. Solche Modelle sind immer Näherungen der Natur, vorbehaltlich weiterer Tests.

Als konkretes astronomisches Beispiel konstruierten antike Astronomen ein Modell (teilweise aus Beobachtungen und teilweise aus philosophischen Überzeugungen), dass die Erde der Mittelpunkt des Universums war und sich alles um sie herum in kreisförmigen Bahnen bewegte. Zuerst passten unsere verfügbaren Beobachtungen von Sonne, Mond und Planeten zu diesem Modell, aber nach weiteren Beobachtungen musste das Modell aktualisiert werden, indem Kreis um Kreis hinzugefügt wurde, um die Bewegungen der Planeten um die Erde im Zentrum darzustellen. Als die Jahrhunderte vergingen und verbesserte Instrumente zur Verfolgung von Himmelsobjekten entwickelt wurden, konnte das alte Modell (auch mit einer großen Anzahl von Kreisen) nicht mehr alle beobachteten Tatsachen erklären. Wie wir im Kapitel „Observing the Sky: The Birth of Astronomy“ sehen werden, passt ein neues Modell mit der Sonne im Zentrum besser zu den experimentellen Beweisen. Nach einer Zeit des philosophischen Kampfes wurde es als unsere Sicht des Universums akzeptiert.

Wenn sie zum ersten Mal vorgeschlagen werden, werden neue Modelle oder Ideen manchmal als Hypothesen bezeichnet. Sie denken vielleicht, dass es in einer Wissenschaft wie der Astronomie keine neuen Hypothesen geben kann – dass alles Wichtige bereits gelernt ist. Nichts ist weiter von der Wahrheit entfernt. In diesem Lehrbuch finden Sie Diskussionen über neuere und gelegentlich noch umstrittene Hypothesen in der Astronomie. Die Bedeutung der riesigen Gesteins- und Eisbrocken, die die Erde getroffen haben, für das Leben auf der Erde selbst wird zum Beispiel immer noch diskutiert.Und obwohl die Beweise stark sind, dass riesige Mengen unsichtbarer „dunkler Energie“ den Großteil des Universums ausmachen, haben Wissenschaftler keine überzeugende Erklärung dafür, was die dunkle Energie tatsächlich ist. Um diese Probleme zu lösen, werden schwierige Beobachtungen an der Spitze unserer Technologie erforderlich sein, und alle diese Hypothesen müssen weiter getestet werden, bevor wir sie vollständig in unsere astronomischen Standardmodelle integrieren.

Dieser letzte Punkt ist entscheidend: Eine Hypothese muss ein überprüfbarer Erklärungsvorschlag sein. Der einfachste Ansatz für solche Tests in der Wissenschaft ist die Durchführung eines Experiments. Wenn das Experiment richtig durchgeführt wird, stimmen seine Ergebnisse entweder mit den Vorhersagen der Hypothese überein oder sie widersprechen ihr. Wenn das experimentelle Ergebnis wirklich nicht mit der Hypothese übereinstimmt, muss ein Wissenschaftler die Hypothese verwerfen und versuchen, eine Alternative zu entwickeln. Stimmt das experimentelle Ergebnis mit Vorhersagen überein, beweist dies nicht unbedingt, dass die Hypothese absolut richtig ist, vielleicht widersprechen spätere Experimente entscheidenden Teilen der Hypothese. Aber je mehr Experimente mit der Hypothese übereinstimmen, desto wahrscheinlicher werden wir die Hypothese als nützliche Beschreibung der Natur akzeptieren.

Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, einen Wissenschaftler zu betrachten, der auf einer Insel geboren wurde und lebt, auf der nur schwarze Schafe leben. Tag für Tag begegnet der Wissenschaftler nur schwarzen Schafen, so dass er oder sie die Hypothese aufstellt, dass alle Schafe schwarz sind. Obwohl jedes beobachtete Schaf der Theorie mehr Vertrauen verleiht, muss der Wissenschaftler nur das Festland besuchen und ein weißes Schaf beobachten, um die Falschheit der Hypothese zu beweisen.

Wenn Sie über Experimente lesen, haben Sie wahrscheinlich die Vorstellung, dass ein Wissenschaftler in einem Labor Tests durchführt oder sorgfältige Messungen vornimmt. Dies ist sicherlich bei einem Biologen oder Chemiker der Fall, aber was können Astronomen tun, wenn unser Labor das Universum ist? Es ist unmöglich, eine Gruppe von Sternen in ein Reagenzglas zu geben oder einen anderen Kometen bei einem wissenschaftlichen Zulieferunternehmen zu bestellen.

Aus diesem Grund wird die Astronomie manchmal als Beobachtungswissenschaft bezeichnet. Wir führen unsere Tests oft durch, indem wir viele Proben der Art von Objekten, die wir untersuchen möchten, beobachten und sorgfältig beobachten, wie sich die verschiedenen Proben unterscheiden. Neue Instrumente und Technologien können uns astronomische Objekte aus neuen Perspektiven und detaillierter betrachten lassen. Unsere Hypothesen werden dann im Lichte dieser neuen Informationen beurteilt und sie bestehen oder scheitern auf die gleiche Weise, wie wir das Ergebnis eines Laborexperiments bewerten würden.

Ein Großteil der Astronomie ist auch eine historische Wissenschaft – was bedeutet, dass das, was wir beobachten, bereits im Universum passiert ist und wir nichts daran ändern können. Ebenso kann ein Geologe nicht ändern, was mit unserem Planeten passiert ist, und ein Paläontologe kann ein uraltes Tier nicht wieder zum Leben erwecken. Dies kann die Astronomie zwar zu einer Herausforderung machen, bietet uns aber auch faszinierende Möglichkeiten, die Geheimnisse unserer kosmischen Vergangenheit zu entdecken.

Sie können einen Astronomen mit einem Detektiv vergleichen, der versucht, ein Verbrechen aufzuklären, das sich ereignet hat, bevor der Detektiv am Tatort eintraf. Es gibt viele Beweise, aber sowohl der Detektiv als auch der Wissenschaftler müssen die Beweise sichten und organisieren, um verschiedene Hypothesen darüber zu testen, was tatsächlich passiert ist. Und noch anders verhält sich der Wissenschaftler wie ein Detektiv: Beide müssen ihren Fall beweisen. Der Detektiv muss den Staatsanwalt, den Richter und vielleicht letztendlich die Geschworenen davon überzeugen, dass seine Hypothese richtig ist. Ebenso muss die Wissenschaftlerin Kollegen, Zeitschriftenredakteure und letztlich einen breiten Querschnitt anderer Wissenschaftler davon überzeugen, dass ihre Hypothese vorläufig richtig ist. In beiden Fällen kann man nur Beweise „über einen begründeten Zweifel hinaus“ verlangen. Und manchmal zwingen neue Beweise sowohl den Detektiv als auch den Wissenschaftler dazu, ihre letzte Hypothese zu revidieren.

Dieser sich selbst korrigierende Aspekt der Wissenschaft hebt sie von den meisten menschlichen Aktivitäten ab. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verbringen viel Zeit damit, sich gegenseitig zu hinterfragen und herauszufordern, weshalb Anträge auf Projektförderung – ebenso wie Berichte zur Veröffentlichung in Fachzeitschriften – ein umfangreiches Peer-Review-Verfahren durchlaufen, das eine sorgfältige Prüfung durch andere Wissenschaftler*innen in der gleiches Feld. In der Wissenschaft (nach der formalen Bildung und Ausbildung) wird jeder ermutigt, Experimente zu verbessern und alle Hypothesen in Frage zu stellen. Neue Wissenschaftler wissen, dass eine der besten Möglichkeiten, ihre Karriere voranzubringen, darin besteht, eine Schwäche in unserem aktuellen Verständnis von etwas zu finden und sie mit einer neuen oder modifizierten Hypothese zu korrigieren.

Dies ist einer der Gründe, warum die Wissenschaft so dramatische Fortschritte gemacht hat. Ein naturwissenschaftliches Hauptfach weiß heute mehr über Naturwissenschaften und Mathematik als Sir Isaac Newton, einer der renommiertesten Wissenschaftler aller Zeiten. Schon in diesem Einführungskurs in die Astronomie lernen Sie Objekte und Prozesse kennen, von denen vor einigen Generationen noch niemand träumte.


Korrigieren sich große Körperbahnen selbst? - Astronomie

. Konjunktionen werden durch kurze Farbwechsel hervorgehoben. Es gibt zwei Io-Europa-Konjunktionen (grün) und drei Io-Ganymed-Konjunktionen (grau) für jede Europa-Ganymed-Konjunktion (magenta). Dieses Diagramm ist nicht maßstabsgetreu.]] In der Himmelsmechanik tritt Bahnresonanz auf, wenn umkreisende Körper einen regelmäßigen, periodischen Gravitationseinfluss aufeinander ausüben, normalerweise weil ihre Bahnperioden durch ein Verhältnis kleiner ganzer Zahlen zusammenhängen. Am häufigsten wird diese Beziehung zwischen einem Paar von Objekten gefunden. Das physikalische Prinzip hinter der Orbitalresonanz ähnelt im Konzept dem Schieben eines Kindes auf einer Schaukel, wobei die Bahn und die Schaukel beide eine Eigenfrequenz haben und der Körper, der das "Schieben" ausführt, in periodischen Wiederholungen agiert, um eine kumulative Wirkung auf die Bewegung. Bahnresonanzen verstärken stark den gegenseitigen Gravitationseinfluss der Körper (d. h. ihre Fähigkeit, die Bahnen des anderen zu verändern oder einzuschränken). Dies führt in den meisten Fällen zu einer ''instabilen'' Wechselwirkung, bei der die Körper Impulse austauschen und Bahnen verschieben, bis die Resonanz nicht mehr besteht. Unter Umständen kann ein Resonanzsystem selbstkorrigierend und damit stabil sein. Beispiele sind die 1:2:4-Resonanz der Jupitermonde Ganymed, Europa und Io und die 2:3-Resonanz zwischen Pluto und Neptun. Instabile Resonanzen mit den inneren Saturnmonden führen zu Lücken in den Saturnringen. Der Sonderfall der 1:1-Resonanz zwischen Körpern mit ähnlichen Bahnradien führt dazu, dass große Sonnensystemkörper die meisten anderen Körper ausstoßen, die ihre Bahnen teilen. Dies ist Teil des viel umfangreicheren Prozesses der Reinigung der Nachbarschaft, ein Effekt, der in der aktuellen Definition verwendet wird eines Planeten. Ein binäres Resonanzverhältnis in diesem Artikel sollte als das "Verhältnis der Anzahl der Umlaufbahnen" interpretiert werden, das im selben Zeitintervall abgeschlossen wurde, und nicht als das "Verhältnis der Umlaufperioden", das das umgekehrte Verhältnis wäre. Das obige Verhältnis von 2:3 bedeutet also, dass Pluto in der Zeit, die Neptun für drei Umläufe benötigt, zwei Umlaufbahnen absolviert. Im Fall von Resonanzbeziehungen zwischen drei oder mehr Körpern kann jeder Verhältnistyp verwendet werden (wobei die kleinsten ganzzahligen Verhältnisfolgen nicht notwendigerweise Umkehrungen voneinander sind), und der Typ des Verhältnisses wird spezifiziert.

Seit der Entdeckung des Newtonschen Gravitationsgesetzes im 17. Jahrhundert hat die Stabilität des Sonnensystems viele Mathematiker beschäftigt, angefangen bei Pierre-Simon Laplace. Die stabilen Bahnen, die sich bei einer Zwei-Körper-Näherung ergeben, ignorieren den Einfluss anderer Körper. Der Einfluss dieser zusätzlichen Wechselwirkungen auf die Stabilität des Sonnensystems ist sehr gering, aber zunächst war nicht bekannt, ob sie sich über längere Zeiträume summieren könnten, um die Bahnparameter signifikant zu verändern und zu einer völlig anderen Konfiguration zu führen, oder ob eine andere stabilisierende Effekte könnten die Konfiguration der Umlaufbahnen der Planeten aufrechterhalten. Es war Laplace, der die ersten Antworten fand, die die verbundenen Umlaufbahnen der Galileischen Monde erklärten (siehe unten). Vor Newton gab es auch Betrachtungen von Verhältnissen und Proportionen in Orbitalbewegungen, in der sogenannten "Musik der Sphären" oder "musica universalis". Der Artikel über resonante Wechselwirkungen beschreibt Resonanz in der allgemeinen modernen Umgebung. Ein primäres Ergebnis der Untersuchung dynamischer Systeme ist die Entdeckung und Beschreibung eines stark vereinfachten Modells der Modenkopplung, eines Oszillators, der über eine schwache Kopplung mit einem Antriebsmotor periodische Kicks erhält. Das Analoge hier wäre, dass ein massiverer Körper einem kleineren Körper einen periodischen Gravitationsstoß verleiht, wenn er vorbeigeht. Die modensperrenden Regionen werden Arnold-Zungen genannt.

Haupthalbachsen, die Kirkwood Lücken zeigend, wo Bahnen durch Resonanzen mit Jupiter destabilisiert werden]] s in Rings of Saturn#A Ring|Saturns A Ring, angeregt durch Resonanzen mit inneren Monden. Solche Wellen breiten sich vom Planeten weg aus (nach oben links). Der große Wellensatz knapp unterhalb der Mitte ist auf die 6:5-Resonanz mit Janus zurückzuführen.]] in der Columbo-Lücke der Saturnringe des Saturn#C-Ring|C-Ring (Mitte) und den geneigten Bahnen der Resonanzteilchen in der Biegewelle direkt darin haben apsidale und nodale Präzessionen, entsprechend der mittleren Bewegung von Titan.]] Im Allgemeinen kann eine Orbitalresonanz * einen oder eine beliebige Kombination der Bahnparameter beinhalten (z ). *handeln Sie auf jeder Zeitskala von kurzfristig, den Umlaufzeiten angemessen, bis hin zu säkular, gemessen in 10 4 bis 10 6 Jahren. * entweder zu einer langfristigen Stabilisierung der Umlaufbahnen führen oder deren Destabilisierung verursachen. Eine ''Mean-Motion-Orbital-Resonanz'' tritt auf, wenn zwei Körper Rotationsperioden haben, die ein einfaches ganzzahliges Verhältnis zueinander haben. Je nach Details kann dies die Umlaufbahn entweder stabilisieren oder destabilisieren. ''Stabilisierung'' kann auftreten, wenn sich die beiden Körper so synchronisiert bewegen, dass sie sich nie näher kommen. Zum Beispiel: *Die Umlaufbahnen von Pluto und Plutinos sind stabil, obwohl sie die des viel größeren Neptun kreuzen, weil sie in einer 2:3-Resonanz mit ihm sind. Die Resonanz stellt sicher, dass Neptun konstant weit entfernt ist, wenn sie sich dem Perihel und der Umlaufbahn von Neptun nähern (im Durchschnitt ein Viertel seiner Umlaufbahn). Andere (viel zahlreicher) Neptun-durchquerende Körper, die nicht in Resonanz waren, wurden durch starke Störungen aufgrund von Neptun aus dieser Region herausgeschleudert. Es gibt auch kleinere, aber bedeutende Gruppen resonanter transneptunischer Objekte, die unter anderem die Resonanzen 1:1 (Neptun-Trojaner), 3:5, 4:7, 1:2 (Twotinos) und 2:5 in Bezug auf Neptun besetzen . *Im Asteroidengürtel jenseits von 3,5 AE von der Sonne werden die 3:2-, 4:3- und 1:1-Resonanzen mit Jupiter von ''Klumpen'' von Asteroiden bevölkert (die Hilda-Familie, die wenigen Thule-Asteroiden und die zahlreichen Trojanische Asteroiden). Bahnresonanzen können auch eine der Bahnen ''destabilisieren''. Dieser Prozess kann genutzt werden, um energieeffiziente Wege zu finden, um Raumfahrzeuge aus der Umlaufbahn zu entfernen. Bei kleinen Körpern ist eine Destabilisierung tatsächlich viel wahrscheinlicher. Zum Beispiel: *Im Asteroidengürtel innerhalb von 3,5 AE von der Sonne sind die Hauptresonanzen der mittleren Bewegung mit Jupiter Orte von "Lücken" in der Asteroidenverteilung, den Kirkwood-Lücken (vor allem bei 4:1, 3: 1, 5:2, 7:3 und 2:1 Resonanzen). Asteroiden wurden durch wiederholte Störungen aus diesen fast leeren Bahnen herausgeschleudert. Es gibt jedoch immer noch Populationen von Asteroiden, die vorübergehend in oder in der Nähe dieser Resonanzen vorhanden sind. Zum Beispiel befinden sich Asteroiden der Alinda-Familie in oder nahe der 3:1-Resonanz, wobei ihre Orbitalexzentrizität durch Wechselwirkungen mit Jupiter stetig erhöht wird, bis sie schließlich eine enge Begegnung mit einem inneren Planeten haben, der sie aus der Resonanz ausstößt. *In den Saturnringen ist die Cassini-Division eine Lücke zwischen dem inneren B-Ring und dem äußeren A-Ring, die durch eine 2:1-Resonanz mit dem Mond Mimas gelöscht wurde. (Genauer gesagt ist der Ort der Resonanz die Huygens-Lücke, die den äußeren Rand des B-Rings begrenzt.) *In den Ringen des Saturns werden die Encke- und Keeler-Lücken innerhalb des A-Rings durch 1:1-Resonanzen mit dem . gelöscht eingebettete Mondchen Pan bzw. Daphnis. Der äußere Rand des A-Rings wird durch eine destabilisierende 7:6-Resonanz mit dem Mond Janus aufrechterhalten. Die meisten Körper, die sich auf einer Resonanzbahn in der gleichen Richtung befinden, scheint jedoch der retrograde Asteroid 514107 Kaʻepaokaʻawela in einer stabilen (für einen Zeitraum von mindestens einer Million Jahre) 1:-1-Resonanz mit Jupiter zu sein. Darüber hinaus wurden einige retrograde Damokloide gefunden, die vorübergehend in Mean-Motion-Resonanz mit Jupiter oder Saturn eingefangen werden. Solche Bahnwechselwirkungen sind schwächer als die entsprechenden Wechselwirkungen zwischen Körpern, die in die gleiche Richtung kreisen. Eine ''Laplace-Resonanz'' ist eine Drei-Körper-Resonanz mit einem 1:2:4 Umlaufperiodenverhältnis (entspricht einem 4:2:1 Verhältnis von Umlaufbahnen). Der Begriff entstand, weil Pierre-Simon Laplace entdeckte, dass eine solche Resonanz die Bewegungen der Jupitermonde Io, Europa und Ganymed steuerte. Es wird jetzt auch oft auf andere 3-Körper-Resonanzen mit den gleichen Verhältnissen angewendet, wie z. B. zwischen den extrasolaren Planeten Gliese 876 c, b und e. Dreikörperresonanzen mit anderen einfachen ganzzahligen Verhältnissen wurden als "Laplace-artig" oder "Laplace-Typ" bezeichnet. Eine ''Lindblad-Resonanz'' treibt spiralförmige Dichtewellen sowohl in Galaxien (wo Sterne durch die Spiralarme selbst angetrieben werden) als auch in Saturnringen (wo Ringteilchen durch Saturnmonde angetrieben werden). Eine ''säkulare Resonanz'' tritt auf, wenn die Präzession zweier Bahnen synchronisiert ist (normalerweise eine Präzession des Perihels oder aufsteigenden Knotens). Ein kleiner Körper in säkularer Resonanz mit einem viel größeren (z. B. ein Planet) wird mit der gleichen Geschwindigkeit wie der große Körper präzedieren. Über lange Zeiträume (etwa eine Million Jahre) verändert eine weltliche Resonanz die Exzentrizität und Neigung des kleinen Körpers. Mehrere prominente Beispiele für säkulare Resonanz betreffen Saturn. Eine Resonanz zwischen der Präzession von Saturns Rotationsachse und der von Neptuns Orbitalachse (beide haben Perioden von etwa 1,87 Millionen Jahren) wurde als wahrscheinliche Quelle für die große axiale Neigung des Saturn (26,7°) identifiziert. Anfangs hatte Saturn wahrscheinlich eine Neigung, die näher an der von Jupiter lag (3,1°). Die allmähliche Erschöpfung des Kuiper-Gürtels hätte schließlich die Präzessionsrate der Neptunbahn verringert, die Frequenzen stimmten überein und die axiale Präzession des Saturn wurde in die Spin-Bahn-Resonanz aufgenommen, was zu einer Zunahme der Schiefe des Saturn führte. (Der Drehimpuls der Neptunbahn ist das 10 4fache der Rotationsgeschwindigkeit des Saturn und dominiert somit die Wechselwirkung.) Die säkulare Perihelresonanz zwischen Asteroiden und Saturn (''ν6'' = ''g'' − ''g6'') hilft, den Asteroidengürtel zu formen (der Index "6" identifiziert Saturn als den sechsten Planeten von der Sonne). Asteroiden, die sich ihm nähern, werden in ihrer Exzentrizität langsam erhöht, bis sie zu Mars-Überquerern werden, an denen sie normalerweise durch einen nahen Pass zum Mars aus dem Asteroidengürtel ausgestoßen werden. Diese Resonanz bildet die inneren und "seitlichen" Grenzen des Asteroidengürtels um 2 AE und bei Neigungen von etwa 20°. Numerische Simulationen haben gezeigt, dass die eventuelle Bildung einer säkularen Perihelresonanz zwischen Merkur und Jupiter (''g1'' = ''g5'') hat das Potenzial, die Exzentrizität von Merkur stark zu erhöhen und möglicherweise das innere Sonnensystem in mehreren Milliarden Jahren zu destabilisieren. Das Titan Ringlet innerhalb des C-Rings des Saturn stellt eine andere Art von Resonanz dar, bei der die Geschwindigkeit der apsidalen Präzession einer Umlaufbahn genau der Rotationsgeschwindigkeit einer anderen entspricht. Das äußere Ende dieses exzentrischen Ringels zeigt immer auf Saturns Hauptmond Titan. Eine ''Kozai-Resonanz'' tritt auf, wenn Neigung und Exzentrizität einer gestörten Umlaufbahn synchron schwingen (ansteigende Exzentrizität bei abnehmender Neigung und umgekehrt). Diese Resonanz gilt nur für Körper auf stark geneigten Umlaufbahnen, daher neigen solche Umlaufbahnen dazu, instabil zu sein, da die wachsende Exzentrizität zu kleinen Perizentren führen würde, die typischerweise zu einer Kollision oder (bei großen Monden) Zerstörung durch Gezeitenkräfte führen würden. In einem Beispiel einer anderen Art von Resonanz mit Orbitalexzentrizität variieren die Exzentrizitäten von Ganymed und Callisto mit einer gemeinsamen Periode von 181 Jahren, wenn auch mit entgegengesetzten Phasen.

Mean-Motion-Resonanzen im Sonnensystem

Es gibt nur wenige bekannte Mean-Motion-Resonanzen (MMR) im Sonnensystem, an denen Planeten, Zwergplaneten oder größere Satelliten beteiligt sind (eine viel größere Anzahl betrifft Asteroiden, Planetenringe, Mondchen und kleinere Kuipergürtel-Objekte, darunter viele mögliche Zwergplaneten). * 2:3 Pluto-Neptun (auch und andere Plutinos) * 2:4 Tethys-Mimas (Saturnmonde). Nicht vereinfacht, da die Libration der Knoten berücksichtigt werden muss. * 1:2 Dione–Enceladus (Saturnmonde) * 3:4 Hyperion–Titan (Saturnmonde) * 1:2:4 Ganymed–Europa–Io (Jupitermonde, Verhältnis der Umlaufbahnen). Darüber hinaus wird angenommen, dass Haumea in einer 7:12-Resonanz mit Neptun ist und 225088 Gonggong in einer 3:10-Resonanz mit Neptun ist. Die einfachen ganzzahligen Verhältnisse zwischen den Perioden verbergen komplexere Beziehungen: *der Konjunktionspunkt kann um einen durch die Resonanz definierten Gleichgewichtspunkt schwingen (libellen). *bei Exzentrizitäten ungleich Null können die Knoten oder Periapsiden driften (eine resonanzbedingte, kurze Periode, keine säkulare Präzession). Betrachten Sie als Illustration des letzteren die bekannte 2:1-Resonanz von Io-Europa. Wären die Umlaufperioden in dieser Beziehung, so wären die mittleren Bewegungen n,! (Inverse der Perioden, oft in Grad pro Tag ausgedrückt) würde folgendes erfüllen: n_ - 2cdot n_=0 Wenn man die Daten (von Wikipedia) einsetzt, erhält man −0,7395 ° Tag −1 , einen Wert, der wesentlich von Null verschieden ist. Eigentlich ist die Resonanz perfekt, aber sie beinhaltet auch die Präzession der Perijove (der dem Jupiter am nächsten liegende Punkt), dotomega . Die korrekte Gleichung (Teil der Laplace-Gleichungen) lautet: : n_ - 2cdot n_ + dotomega_=0 Mit anderen Worten, die mittlere Bewegung von Io ist in der Tat doppelt so groß wie die von Europa unter Berücksichtigung der Präzession der Perijove . Ein Beobachter, der auf der (driftenden) Perijove sitzt, wird die Monde an derselben Stelle (Elongation) zur Konjunktion kommen sehen. Die anderen oben aufgeführten Paare erfüllen den gleichen Gleichungstyp mit Ausnahme der Mimas-Tethys-Resonanz. In diesem Fall erfüllt die Resonanz die Gleichung: 4cdot n_ - 2cdot n_ - dotOmega_- dotOmega_=0 Der Konjunktionspunkt pendelt um den Mittelpunkt zwischen den Knoten der beiden Monde.

right|thumb|300px|Illustration der Io–Europa–Ganymed-Resonanz. Von der Mitte nach außen: Io (gelb), Europa (grau) und Ganymed (dunkel) Die Laplace-Resonanz zwischen Io-Europa-Ganymed beinhaltet die folgende Beziehung, die die ''Umlaufphase'' der Monde festlegt: : Phi_L=lambda_ - 3cdotlambda_ + 2cdotlambda_=180^circ wobei lambda die mittleren Längengrade der Monde sind (das zweite Gleichheitszeichen ignoriert die Libration). Diese Beziehung macht eine dreifache Konjunktion unmöglich.(Eine Laplace-Resonanz im Gliese 876-System ist im Gegensatz dazu mit einer Dreifachkonjunktion pro Umlauf des äußersten Planeten verbunden, wobei die Libration ignoriert wird.) Die Grafik veranschaulicht die Positionen der Monde nach 1, 2 und 3 Io-Perioden. Phi_L libiert etwa 180° mit einer Amplitude von 0,03°. Eine weitere "Laplace-ähnliche" Resonanz betrifft die Monde Styx, Nix und Hydra von Pluto: : Phi=3cdotlambda_ - 5cdotlambda_ + 2cdotlambda_=180^circ Dies spiegelt die Umlaufzeiten für Styx . wider , Nix bzw. Hydra, die nahe bei einem Verhältnis von 18:22:33 liegen (bzw. in Bezug auf die Nahresonanzen mit der Charonschen Periode 3+3/11:4:6 siehe unten) ist das jeweilige Verhältnis der Bahnen 11:9:6. Basierend auf den Verhältnissen der synodischen Perioden gibt es 5 Konjunktionen von Styx und Hydra und 3 Konjunktionen von Nix und Hydra für jeweils 2 Konjunktionen von Styx und Nix. Wie bei der Galileischen Satellitenresonanz sind Dreifachkonjunktionen verboten. Phi libiert etwa 180° mit einer Amplitude von mindestens 10°.

Der Zwergplanet Pluto folgt einer Bahn, die in einem Resonanznetz mit Neptun gefangen ist. Die Resonanzen umfassen: *Eine mittlere Bewegungsresonanz von 2:3 *Die Resonanz des Perihels (Libration um 90°), wobei das Perihel über der Ekliptik gehalten wird *Die Resonanz der Länge des Perihels in Bezug auf die von Neptun Eine Konsequenz einer dieser Resonanzen besteht darin, dass ein Abstand von mindestens 30 AE eingehalten wird, wenn Pluto die Umlaufbahn von Neptun kreuzt. Der Mindestabstand zwischen den beiden Körpern insgesamt beträgt 17 AE, während der Mindestabstand zwischen Pluto und Uranus nur 11 AE beträgt (siehe Plutos Umlaufbahn für detaillierte Erklärungen und Grafiken). Der nächstgrößere Körper in einer ähnlichen 2:3-Resonanz mit Neptun, genannt ''Plutino'', ist der wahrscheinliche Zwergplanet Orcus. Orcus hat eine ähnliche Neigung und Exzentrizität wie Pluto. Die beiden sind jedoch durch ihre gegenseitige Resonanz mit Neptun gezwungen, sich immer in entgegengesetzten Phasen ihrer Umlaufbahnen zu befinden. Orcus wird daher manchmal als "Anti-Pluto" bezeichnet.

Naiad: Thalassa 73:69 Resonanz

Neptuns innerster Mond, Naiad, befindet sich in einer 73:69-Resonanz vierter Ordnung mit dem nächsten äußeren Mond, Thalassa. Während sie Neptun umkreist, passiert die stärker geneigte Naiad Thalassa nacheinander zweimal von oben und dann zweimal von unten in einem Zyklus, der sich alle wiederholt

21,5 Erdtage. Die beiden Monde sind etwa 3540 km voneinander entfernt, wenn sie aneinander vorbeiziehen. Obwohl sich ihre Bahnradien nur um 1850 km unterscheiden, schwingt Naiad

2800 km oberhalb oder unterhalb der Bahnebene von Thalassa bei nächster Annäherung. Wie üblich stabilisiert diese Resonanz die Umlaufbahnen, indem sie die Trennung bei der Konjunktion maximiert, aber es ist ungewöhnlich für die Rolle, die die Umlaufbahnneigung bei der Erleichterung dieser Vermeidung in einem Fall spielt, in dem die Exzentrizitäten minimal sind.

Mean-Motion-Resonanzen zwischen extrasolaren Planeten

Während bei den meisten entdeckten extrasolaren Planetensystemen keine Planeten in Mean-Motion-Resonanzen gefunden wurden, wurden Ketten von bis zu fünf resonanten Planeten und bis zu sieben zumindest nahezu resonanten Planeten entdeckt. Simulationen haben gezeigt, dass während der Entstehung des Planetensystems das Auftreten von Resonanzketten von Planetenembryonen durch das Vorhandensein der ursprünglichen Gasscheibe begünstigt wird. Sobald sich dieses Gas verflüchtigt hat, müssen 90–95 % dieser Ketten instabil werden, um der niedrigen Frequenz der beobachteten Resonanzketten zu entsprechen. *Wie oben erwähnt, befinden sich Gliese 876 e, b und c in einer Laplace-Resonanz mit einem 4:2:1-Verhältnis der Perioden (124,3, 61,1 und 30,0 Tage). In diesem Fall libtiert Phi_L mit einer Amplitude von 40° ± 13° und die Resonanz folgt der zeitlich gemittelten Beziehung: : Phi_L=lambda_ - 3cdotlambda_ + 2cdotlambda_=0^circ * Kepler-223 hat vier Planeten in einer Resonanz mit einem Bahnverhältnis von 8:6:4:3 und einem Verhältnis von 3:4:6:8 der Perioden (7,3845, 9,8456, 14,7887 und 19,7257 Tage). Dies stellt die erste bestätigte 4-Körper-Orbitalresonanz dar. Die Librationen innerhalb dieses Systems sind derart, dass enge Begegnungen zwischen zwei Planeten nur auftreten, wenn sich die anderen Planeten in entfernten Teilen ihrer Umlaufbahnen befinden. Simulationen deuten darauf hin, dass sich dieses Resonanzsystem durch planetare Wanderung gebildet haben muss. *Kepler-80 d, e, b, c und g haben Perioden in a

1,000: 1,512: 2,296: 3,100: 4,767-Verhältnis (3,0722, 4,6449, 7,0525, 9,5236 und 14,6456 Tage). In einem mit den Konjunktionen rotierenden Bezugssystem reduziert sich dies jedoch auf ein Periodenverhältnis von 4:6:9:12:18 (ein Bahnverhältnis von 9:6:4:3:2). Konjunktionen von d und e, e und b, b und c sowie c und g treten in relativen Abständen von 2:3:6:6 (9,07, 13,61 und 27,21 Tage) in einem Muster auf, das sich etwa alle 190,5 Tage (sieben volle Zyklen im rotierenden System) im Trägheits- oder nicht rotierenden System (entspricht einer 62:41:27:20:13 Bahnverhältnisresonanz im nicht rotierenden System, da die Konjunktionen in der entgegengesetzten Richtung der Bahnbewegung zirkulieren). Librationen möglicher Drei-Körper-Resonanzen haben Amplituden von nur etwa 3 Grad, und die Modellierung zeigt, dass das Resonanzsystem gegenüber Störungen stabil ist. Dreifache Konjunktionen treten nicht auf. *TOI-178 hat 6 bestätigte Planeten, von denen die äußeren 5 Planeten eine ähnliche Resonanzkette in einem rotierenden Bezugssystem bilden, das als 2:4:6:9:12 in Periodenverhältnissen oder als 18:9 . ausgedrückt werden kann :6:4:3 in Umlaufverhältnissen. Darüber hinaus kreist der innerste Planet b mit einer Periode von 1,91d nahe dort, wo er auch Teil derselben Laplace-Resonanzkette wäre, da eine 3:5-Resonanz mit dem Planeten c zur Periode von . erfüllt wäre

1,95d, was bedeutet, dass es sich dort entwickelt haben könnte, aber möglicherweise durch Gezeitenkräfte aus der Resonanz gezogen wurde. * Die sieben etwa erdgroßen Planeten von TRAPPIST-1 befinden sich in einer Kette von Nahresonanzen (der längsten bekannten Kette) mit einem Bahnverhältnis von etwa 24, 15, 9, 6, 4, 3 und 2 oder der nächsten Nachbarperiode Verhältnisse (nach außen fortschreitend) von etwa 8/5, 5/3, 3/2, 3/2, 4/3 und 3/2 (1.603, 1.672, 1.506, 1.509, 1.342 und 1.519). Sie sind auch so konfiguriert, dass sich jedes Tripel benachbarter Planeten in einer Laplace-Resonanz befindet (d. h. b, c und d in einer solchen Laplace-Konfiguration c, d und e in einer anderen usw.). Es wird erwartet, dass die Resonanzkonfiguration auf einer Zeitskala von Milliarden von Jahren stabil ist, vorausgesetzt, sie entstand während der Planetenwanderung. Eine musikalische Interpretation der Resonanz wurde bereitgestellt. *Kepler-29 hat ein Planetenpaar in einer 7:9-Resonanz (Verhältnis 1/1,28587). *Kepler-36 hat ein Planetenpaar in der Nähe einer 6:7-Resonanz. *Kepler-37 d, c und b liegen innerhalb eines Prozents einer Resonanz mit einem Bahnverhältnis von 8:15:24 und einem Verhältnis der Perioden von 15:8:5 (39.792187, 21.301886 und 13.367308 Tage). :*Und *Von den acht bekannten Planeten von Kepler-90 liegen die Periodenverhältnisse b:c, c:i und i:d nahe bei 4:5, 3:5 bzw. 1:4 (4:4.977, 3:4.97 .). und 1:4,13) und d, e, f, g und h liegen nahe einem 2:3:4:7:11-Periodenverhältnis (2: 3,078: 4,182: 7,051: 11,102 auch 7: 11,021). f, g und h liegen ebenfalls nahe einem 3:5:8-Periodenverhältnis (3: 5,058: 7,964). In Bezug auf Systeme wie dieses und das von Kepler-36 legen Berechnungen nahe, dass die Anwesenheit eines äußeren Gasriesenplaneten die Bildung dicht gepackter Resonanzen zwischen den inneren Supererden erleichtert. *HD 41248 hat ein Paar Supererden innerhalb von 0,3% einer 5:7-Resonanz (Verhältnis von 1/1,39718). *K2-138 hat 5 bestätigte Planeten in einer ununterbrochenen Nah-3:2-Resonanzkette (mit Perioden von 2.353, 3.560, 5.405, 8.261 und 12.758 Tagen). Das System wurde im Citizen-Science-Projekt Exoplanet Explorers unter Verwendung von K2-Daten entdeckt. K2-138 könnte koorbitale Körper beherbergen (in einer 1:1-Mean-Motion-Resonanz). Resonanzkettensysteme können koorbitale Körper stabilisieren und eine spezielle Analyse der K2-Lichtkurve und der Radialgeschwindigkeit von HARPS könnte sie aufdecken. Folgebeobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop deuten darauf hin, dass ein sechster Planet die 3:2-Resonanzkette fortsetzt, während er zwei Lücken in der Kette lässt (seine Periode beträgt 41,97 Tage). Diese Lücken könnten durch kleinere nicht-transitierende Planeten gefüllt werden. Zukünftige Beobachtungen mit CHEOPS werden die Transit-Timing-Variationen des Systems messen, um die Masse der Planeten weiter zu analysieren und möglicherweise andere planetarische Körper im System zu finden. *K2-32 hat vier Planeten in einer nahezu 1:2:5:7 Resonanz (mit Perioden von 4,34, 8,99, 20,66 und 31,71 Tagen). Planet e hat einen Radius, der fast identisch mit dem der Erde ist. Die anderen Planeten haben eine Größe zwischen Neptun und Saturn. *V1298 Tauri hat vier bestätigte Planeten, von denen die Planeten c, d und b in der Nähe einer 1:2:3-Resonanz sind (mit Perioden von 8,25, 12,40 und 24,14 Tagen). Planet e zeigt nur einen einzigen Transit in der K2-Lichtkurve und hat eine Periode von mehr als 36 Tagen. Planet e könnte sich in einer Resonanz niedriger Ordnung (von 2:3, 3:5, 1:2 oder 1:3) mit Planet b befinden. Das System ist sehr jung (23±4 Myr) und könnte ein Vorläufer eines kompakten Mehrplanetensystems sein. Die 2:3-Resonanz deutet darauf hin, dass sich einige nahe Planeten entweder in Resonanzen bilden oder sich auf Zeitskalen von weniger als 10 Myr zu ihnen entwickeln. Die Planeten im System haben eine Größe zwischen Neptun und Saturn. Nur Planet b hat eine ähnliche Größe wie Jupiter. *HD 158259 enthält vier Planeten in einer 3:2-nahen Resonanzkette (mit Perioden von 3,432, 5,198, 7,954 und 12,03 Tagen oder Periodenverhältnissen von 1,51, 1,53 bzw. 1,51), mit einem möglichen fünften Planeten auch in der Nähe von 3: 2 Resonanz (mit einer Periode von 17,4 Tagen). Die Exoplaneten wurden mit dem Spektrographen SOPHIE échelle nach der Radialgeschwindigkeitsmethode gefunden. *Kepler-1649 enthält zwei erdgroße Planeten in der Nähe einer 9:4-Resonanz (mit Perioden von 19,53527 und 8,689099 Tagen oder einem Periodenverhältnis von 2,24825), einschließlich eines ("c") in der bewohnbaren Zone. Ein unentdeckter Planet mit einer Periode von 13,0 Tagen würde eine 3:2-Resonanzkette erzeugen. *Kepler-88 hat ein Paar innerer Planeten in der Nähe einer 1:2-Resonanz (Periodenverhältnis von 2,0396) mit einem Massenverhältnis von

22,5, was sehr große Laufzeitschwankungen von

0,5 Tage für den innersten Planeten. Es gibt einen noch massereicheren äußeren Planeten in a

1400 Tage Umlaufbahn. Fälle von extrasolaren Planeten nahe einer 1:2-Mean-Motion-Resonanz sind ziemlich häufig. 16 Prozent der mit der Transitmethode gefundenen Systeme haben ein Beispiel dafür (mit Periodenverhältnissen im Bereich von 1,83–2,18) sowie ein Sechstel der durch Doppler-Spektroskopie charakterisierten Planetensysteme (in diesem Fall mit einem engeren Periodenverhältnis Reichweite). Aufgrund unvollständiger Kenntnisse der Systeme dürften die tatsächlichen Anteile höher liegen. Insgesamt scheint etwa ein Drittel der durch Radialgeschwindigkeit charakterisierten Systeme ein Planetenpaar zu haben, das nahe an einer Kommensurabilität ist. Es ist viel üblicher, dass Planetenpaare Umlaufperiodenverhältnisse haben, die einige Prozent größer als ein Resonanzverhältnis der mittleren Bewegung sind, als einige Prozent kleiner (insbesondere im Fall von Resonanzen erster Ordnung, bei denen sich die ganzen Zahlen im Verhältnis um eins unterscheiden ). Es wurde vorhergesagt, dass dies in Fällen zutrifft, in denen Gezeiteninteraktionen mit dem Stern signifikant sind.

Zufällige 'nahe' Verhältnisse der mittleren Bewegung

300px|Daumen|rechts|Darstellung der Erde:[[Venus 8:13 nahe Resonanz. Während die Erde stationär im Zentrum eines nicht rotierenden Rahmens gehalten wird, verfolgen die aufeinanderfolgenden [[untere Konjunktion]] der Venus über acht Erdenjahre ein [[Pentagramm]]mic-Muster (das den Unterschied zwischen den Zahlen im Verhältnis widerspiegelt).]] Manchmal wird auf eine Reihe von Beziehungen mit einem nahezu ganzzahligen Verhältnis zwischen den Umlauffrequenzen der Planeten oder Hauptmonde hingewiesen (siehe Liste unten). Diese haben jedoch keine dynamische Bedeutung, da es keine geeignete Präzession des Perihels oder eine andere Libration gibt, um die Resonanz perfekt zu machen (siehe die detaillierte Diskussion im obigen Abschnitt). Solche nahen Resonanzen sind dynamisch unbedeutend, selbst wenn die Fehlanpassung recht klein ist, da sich (im Gegensatz zu einer echten Resonanz) nach jedem Zyklus die relative Position der Körper verschiebt. Gemittelt über astronomisch kurze Zeitskalen ist ihre relative Position zufällig, genau wie bei Körpern, die bei weitem nicht in der Nähe einer Resonanz sind. Betrachten Sie zum Beispiel die Umlaufbahnen von Erde und Venus, die nach 8 Erdumläufen und 13 Venusumläufen fast die gleiche Konfiguration erreichen. Das tatsächliche Verhältnis beträgt 0,61518624, was nur 0,032% von genau 8:13 entfernt ist. Die Abweichung nach 8 Jahren beträgt nur noch 1,5° der Umlaufbewegung der Venus. Dies reicht jedoch aus, dass sich Venus und Erde alle 120 solcher Zyklen, also 960 Jahre, in der entgegengesetzten relativen Ausrichtung zum Original befinden. Daher ist ihre relative Position auf Zeitskalen von Tausenden von Jahren oder mehr (nach astronomischen Maßstäben immer noch winzig) effektiv zufällig. Das Vorhandensein einer nahen Resonanz kann widerspiegeln, dass in der Vergangenheit eine perfekte Resonanz existierte oder dass sich das System in der Zukunft auf eine solche hin entwickelt. Einige Übereinstimmungen der Bahnfrequenzen sind: Die am wenigsten wahrscheinliche Bahnkorrelation in der Liste ist die zwischen Io und Metis, gefolgt von denen zwischen Rosalind und Cordelia, Pallas und Ceres, Jupiter und Pallas, Callisto und Ganymed bzw. Hydra und Charon.

Mögliche vergangene Mean-Motion-Resonanzen

Eine vergangene Resonanz zwischen Jupiter und Saturn könnte in der frühen Geschichte des Sonnensystems eine dramatische Rolle gespielt haben. Ein Computermodell aus dem Jahr 2004 von Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d'Azur in Nizza deutete darauf hin, dass die Bildung einer 1:2-Resonanz zwischen Jupiter und Saturn (aufgrund von Wechselwirkungen mit Planetesimalen, die sie nach innen bzw. nach außen wanderten) erzeugte ein Gravitationsschub, der sowohl Uranus als auch Neptun in höhere Bahnen trieb und in einigen Szenarien dazu führte, dass sie den Platz wechselten, was die Entfernung von Neptun von der Sonne verdoppelt hätte. Die daraus resultierende Vertreibung von Objekten aus dem Proto-Kuiper-Gürtel, während sich Neptun nach außen bewegte, könnte das späte schwere Bombardement 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems und den Ursprung der trojanischen Asteroiden des Jupiter erklären. Eine Auswanderung von Neptun könnte auch die derzeitige Besetzung einiger seiner Resonanzen (insbesondere der 2:5-Resonanz) innerhalb des Kuipergürtels erklären. Während Saturns mittelgroße Monde Dione und Tethys jetzt nicht annähernd eine exakte Resonanz aufweisen, befanden sie sich möglicherweise schon früh in der Geschichte des Sonnensystems in einer 2:3-Resonanz. Dies hätte zu einer Orbitalexzentrizität und Gezeitenerwärmung geführt, die das Innere von Tethys möglicherweise genug erwärmt haben, um einen unterirdischen Ozean zu bilden. Das anschließende Einfrieren des Ozeans, nachdem die Monde aus der Resonanz entkommen waren, könnte die Dehnungsspannungen erzeugt haben, die das enorme Grabensystem von Ithaca Chasma auf Tethys schufen. Das Satellitensystem von Uranus unterscheidet sich deutlich von denen von Jupiter und Saturn, da es keine präzisen Resonanzen zwischen den größeren Monden aufweist, während die Mehrheit der größeren Monde des Jupiter (3 der 4 größten) und des Saturn (6 der 8 größten) ) befinden sich in Mean-Motion-Resonanzen. In allen drei Satellitensystemen wurden Monde in der Vergangenheit wahrscheinlich in Mean-Motion-Resonanzen eingefangen, als sich ihre Umlaufbahnen aufgrund von Gezeitendissipation verschoben (ein Prozess, bei dem Satelliten Orbitalenergie auf Kosten der Rotationsenergie des Primärs gewinnen, was die inneren Monde unverhältnismäßig beeinflusst). Im Uransystem ist es jedoch aufgrund des geringeren Grades der Abplattung des Planeten und der größeren relativen Größe seiner Satelliten viel einfacher, einer Resonanz mit mittlerer Bewegung zu entkommen. Eine geringere Abplattung der Primärwelle verändert ihr Gravitationsfeld so, dass verschiedene mögliche Resonanzen enger beieinander liegen. Eine größere relative Satellitengröße erhöht die Stärke ihrer Wechselwirkungen. Beide Faktoren führen zu einem chaotischeren Orbitalverhalten bei oder in der Nähe von Resonanzen der mittleren Bewegung. Das Entweichen aus einer Resonanz kann mit dem Einfangen in eine sekundäre Resonanz und/oder einer durch die Gezeitenentwicklung getriebenen Zunahme der orbitalen Exzentrizität oder Neigung verbunden sein. Mean-Motion-Resonanzen, die wahrscheinlich einst im Uranus-System existierten, umfassen (3:5) Ariel-Miranda, (1:3) Umbriel-Miranda, (3:5) Umbriel-Ariel und (1:4) Titania-Ariel. Beweise für solche vergangenen Resonanzen sind die relativ hohen Exzentrizitäten der Umlaufbahnen der inneren Satelliten des Uranus und die anomal hohe Umlaufbahnneigung von Miranda. Hohe Exzentrizitäten in der Vergangenheit, die mit den (1:3) Umbriel-Miranda- und (1:4) Titania-Ariel-Resonanzen verbunden sind, können zu einer Gezeitenerwärmung des Inneren von Miranda bzw. Ariel geführt haben. Miranda ist wahrscheinlich über eine sekundäre Resonanz aus seiner Resonanz mit Umbriel entkommen, und der Mechanismus dieses Entweichens soll erklären, warum seine Bahnneigung mehr als das Zehnfache der anderen regulären Uranmonde beträgt (siehe Uranus' natürliche Satelliten). Ähnlich wie im Fall von Miranda werden die gegenwärtigen Neigungen der Jupitermondchen Amalthea und Thebe als Anzeichen für einen vergangenen Durchgang durch die 3:1- bzw. 4:2-Resonanzen mit Io angesehen. Es wird angenommen, dass Neptuns reguläre Monde Proteus und Larissa vor einigen hundert Millionen Jahren eine 1:2-Resonanz durchlaufen haben. Die Monde sind seitdem voneinander weggedriftet, weil Proteus außerhalb einer synchronen Umlaufbahn und Larissa innerhalb einer Umlaufbahn ist. Es wird angenommen, dass der Durchgang durch die Resonanz die Exzentrizitäten beider Monde in einem Ausmaß angeregt hat, das seitdem nicht vollständig gedämpft wurde. Im Fall von Plutos Satelliten wurde vorgeschlagen, dass die gegenwärtigen Nahresonanzen Relikte einer früheren präzisen Resonanz sind, die durch die Gezeitendämpfung der Exzentrizität von Charons Umlaufbahn gestört wurde (siehe Plutos natürliche Satelliten für Details). Die Nahresonanzen können durch eine lokale Fluktuation von 15% im Gravitationsfeld von Pluto-Charon aufrechterhalten werden. Daher können diese nahen Resonanzen nicht zufällig sein. Der kleinere innere Mond des Zwergplaneten Haumea, Namaka, hat ein Zehntel der Masse des größeren äußeren Mondes Hiiaka. Namaka umkreist Haumea in 18 Tagen in einer exzentrischen, nicht-keplerschen Umlaufbahn und ist seit 2008 um 13° von Hiiaka geneigt. Über die Zeitskala des Systems hätte es durch die Gezeiten auf eine kreisförmigere Umlaufbahn gedämpft werden sollen. Es scheint, dass es durch Resonanzen mit dem massereicheren Hiiaka aufgrund konvergierender Bahnen gestört wurde, als es sich aufgrund der Gezeitendissipation von Haumea nach außen bewegte. Die Monde wurden möglicherweise mehrmals gefangen und sind dann aus der Umlaufresonanz entkommen. Sie haben wahrscheinlich vor relativ kurzer Zeit die 3:1-Resonanz durchlaufen und befinden sich derzeit in oder zumindest nahe einer 8:3-Resonanz. Die Umlaufbahn von Namaka ist stark gestört, mit einer aktuellen Präzession von etwa -6,5° pro Jahr.


Wäre dies die Erde oder der Mars, wäre die Platzierung des roten Materials überhaupt kein Rätsel, da es unter den schneebedeckten Gipfeln liegt. Auf der Erde ist der Schnee Eis, auf dem Mars meist CO2-Eis. Auf Pluto könnte es Wasser, Eis, Methanol oder sogar Methan sein (IR-Bilder sollten uns sagen, welche). Aber auf Pluto sind es die zugrunde liegenden Schichten, die Missionsplanetenwissenschaftler ärgern: Sie sollte nicht rot sein, weil das Massenbudget in Pluto nicht ausreicht, um die Oberfläche von der Erde oder dem marsähnlichen Regoth zu dominieren.

Also, was ist das rote Zeug? Missionswissenschaftler spekulieren, dass es sich um „Tholins“ handelt – dünne Schichten von nitrierten Kohlenwasserstoffen, die in der dünnen Atmosphäre synthetisiert werden. Diese organischen Stoffe erscheinen rot, aber nur, wenn sie in sehr dünnen Schichten vorkommen. (Der natürliche Syntheseprozess von 'Tholins' liefert viele Kohlenwasserstoffe, und mehr als eine dünne Schicht 'Tholins' wird überwiegend schwarz).

Natürlich ist ein Großteil der Schichten anderswo auf Pluto rot, und wenn die Dünnschicht-Hypothese richtig ist, sollten wir Muster sehen, bei denen die darunter liegenden Schichten weiß mit einem dünnen roten Vale erscheinen.Je mehr Farb- und Breitspektrum-Bilder nach unten gestreamt und analysiert werden, desto klarer oder trüber kann das Bild werden.

Meine Hand setzt ganz auf mehr getrübt oder genauer: Hinweise, die auf sehr dicke Schichten roter Stoffe mit schneebedeckten Mützen und ebenso auf Charon hindeuten.


Sind Planetensysteme voll ausgelastet?

Steven Soter ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Astrophysik des American Museum of Natural History in New York City und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der New York University, wo er zu Themen vom Leben im Universum bis hin zu Geologie und Antike lehrt dem Mittelmeerraum. Seine Forschungsinteressen umfassen planetare Astronomie und Geoarchäologie. Er arbeitete mit Carl Sagan und Ann Druyan zusammen, um 1980 die gefeierte Fernsehserie Cosmos zu kreieren.

Im ersten Teil dieses zweiteiligen Essays erklärt Soter, wie Computersimulationen nahelegen, dass Planetensysteme, einschließlich unseres eigenen, so viele Planeten enthalten, wie sie halten können, ohne instabil zu werden. Er sagt, dass Beobachtungen extrasolarer Systeme den ultimativen Test für diese Hypothese darstellen sollten.

Dieser Aufsatz erscheint auch in der September/Oktober-Ausgabe des American Scientist Magazins.

Zusammenbruch des Uhrwerk-Sonnensystems
1605 entdeckte Johannes Kepler, dass die Umlaufbahnen der Planeten eher Ellipsen als Kombinationen von Kreisen sind, wie Astronomen seit der Antike angenommen hatten. Isaac Newton konnte dann beweisen, dass die gleiche Schwerkraft, die Äpfel zu Boden zieht, auch Planeten auf ihren elliptischen Bahnen um die Sonne hält. Aber Newton war besorgt, dass die kumulierten Effekte der schwachen Gravitationsschleppen zwischen benachbarten Planeten ihre Umlaufbahn erhöhen würden Exzentrizitäten (ihre Abweichungen von der Kreisform) bis sich ihre Bahnen schließlich kreuzten, was zu Kollisionen und schließlich zur Zerstörung des Sonnensystems führte. Er glaubte, dass Gott eingreifen muss und von Zeit zu Zeit Korrekturen des Planetenkurses vornehmen muss, damit der Himmel reibungslos funktioniert.

Um 1800 kam der Mathematiker Pierre-Simon Laplace zu dem Schluss, dass das Sonnensystem keine solche Führungshand benötigt, sondern tatsächlich selbstkorrigierend und stabil ist. Er berechnete, dass die Gravitationswechselwirkungen zwischen den Planeten für immer nur kleine Schwingungen ihrer Bahnexzentrizitäten um ihre Mittelwerte erzeugen würden. Auf die Frage seines Freundes Napoleon, warum er Gott in seinem Hauptwerk über die Himmelsmechanik nicht erwähnt habe, soll Laplace geantwortet haben: &bdquoSir, ich brauchte diese Hypothese nicht.&rdquo

Laplace dachte auch, dass es möglich wäre, aufgrund der genauen Position und des Impulses jedes Objekts im Sonnensystem zu einem bestimmten Zeitpunkt aus den Bewegungsgesetzen genau zu berechnen, wo sich alles in jedem zukünftigen Moment, egal wie weit entfernt, befinden würde.

Laplace hatte Recht, die Notwendigkeit einer göttlichen Intervention zur Erhaltung des Sonnensystems abzulehnen, aber nicht aus den Gründen, die er dachte. Seine Stabilitätsberechnungen waren in der Tat falsch. Ende des 19. Jahrhunderts zeigte Henri Poincaré, dass Laplace einige seiner Gleichungen vereinfacht hatte, indem er Terme entfernte, die er fälschlicherweise für überflüssig hielt, was ihn dazu brachte, die Möglichkeit eines Chaos im Sonnensystem zu übersehen. Berechnungen mit modernen Hochgeschwindigkeitsrechnern haben endlich den Nachweis erbracht, dass das Sonnensystem nur bedingt stabil ist und sein Detailverhalten über lange Zeiträume grundsätzlich unberechenbar ist.

Hier werde ich einige der Entdeckungen skizzieren, die zu aktuellen Ideen über die Instabilität in der Evolution des Sonnensystems geführt haben. Jetzt ist ein besonders vielversprechender Zeitpunkt, sich mit dem Thema zu befassen. Theoretiker nutzen leistungsfähige Computersimulationen, um die Entstehung von Planetensystemen unter den unterschiedlichsten Ausgangsbedingungen zu erforschen, während Beobachter Planetensysteme um viele andere Sterne herum schnell entdecken. Die Beweise deuten darauf hin, dass solche Systeme fast bis zur Kapazitätsgrenze gefüllt sein können. Die Fülle an Beobachtungsdaten aus den neu entdeckten Planetensystemen wird unsere Vorstellungen über das empfindliche Gleichgewicht zwischen Ordnung und Chaos zwischen den Welten anregen und testen.

Lücken im Verständnis

1866 lieferte der amerikanische Astronom Daniel Kirkwood mit seinen Untersuchungen des Asteroidengürtels, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt, den ersten echten Beweis für die Instabilität des Sonnensystems. Zu dieser Zeit waren nur etwa 90 Asteroiden bekannt (die Umlaufbahnen von mehr als 150.000 wurden seitdem kartiert), aber diese magere Population reichte aus, um Kirkwood mehrere „Lücken&rdquo in der Verteilung ihrer Umlaufzeiten oder entsprechend ihrer Umlaufgrößen zu bemerken . (Die Umlaufzeiten von Planeten, Asteroiden und Kometen nehmen mit der Umlaufbahngröße auf genau definierte Weise zu.) Kirkwood fand heraus, dass kein Asteroid eine Periode von annähernd 3,9 Jahren hatte, was, wie er feststellte, ein Drittel der des Jupiter ist.

Ein Asteroid, der die Sonne genau dreimal umkreist, während Jupiter nur einmal umkreist, würde sich dem Riesenplaneten am selben Punkt seiner eigenen Umlaufbahn nähern und jedes Mal einen ähnlichen Gravitationsstoß von seinem massiven himmlischen Nachbarn bekommen. Die wiederholten Zugbewegungen, die Jupiter ausübte, würden dazu neigen, sich von einer Passage zur nächsten zu summieren oder mitzuschwingen. Daher würden Astronomen einen solchen Asteroiden als einen 3:1 . bezeichnen Mean-Motion-Resonanz. Andere Lücken im Asteroidengürtel entsprechen beispielsweise der Umlaufzeit des Jupiter im Verhältnis 5:2 oder 7:3 zu der eines Asteroiden.

Eine einfache Möglichkeit, Resonanz zu verstehen, besteht darin, jemanden auf eine Schaukel zu treiben. Wenn Sie in zufälligen Phasen in der Schwungbewegung drücken, passiert nicht viel. Aber wenn Sie jedes Mal drücken, wenn der Schwung zu Ihnen zurückkehrt, addieren sich die Kräfte und der Schwung wird höher und höher. Sie könnten auch in der gleichen Phase drücken, aber weniger häufig, sagen wir, nur alle 2 oder 3 Schwungperioden würde der Schwung dann länger brauchen, um eine bestimmte Höhe zu erreichen, da solche Resonanzen schwächer sind.

Ein Asteroid in einer solchen Resonanzbahn kann seine Exzentrizität erhöhen, bis der Körper entweder mit der Sonne oder einem Planeten kollidiert oder einem Planeten nahe genug begegnet, um in einen anderen Teil des Sonnensystems geschleudert zu werden. Asteroiden, die im Hauptgürtel stabil umkreisten, werden manchmal in eine der resonanten Kirkwood-Lücken gestoßen, aus denen Jupiter sie schließlich ausstößt. Diese Lücken sind wie Löcher, durch die die Asteroidenpopulation langsam abfließt. Viele der Meteoriten, die die Erde treffen, sind Fragmente, die aus dem Asteroidengürtel herausgeschleudert wurden, nachdem sie in eine der Resonanzlücken geraten waren.

Ähnliches geschieht im äußeren Sonnensystem. Gravitationsschlepper von den Riesenplaneten entfernen nach und nach eisige Welten aus dem Kuipergürtel, der jenseits der Neptunbahn liegt. Dieser Prozess versorgt die kurzperiodischen Kometen, die für kurze Zeit in das innere Sonnensystem eintreten und in regelmäßigen Abständen dorthin zurückkehren. Im frühen Sonnensystem bevölkerten enge Begegnungen kleiner Eiskörper mit den wachsenden Riesenplaneten die ferne Oortsche Wolke mit Hunderten von Milliarden Kometenkernen.

Solche Wechselwirkungen führten auch dazu, dass die Umlaufbahnen der großen Planeten wanderten. Da die wachsenden Planeten Saturn, Uranus und Neptun mehr kleine Körper nach innen in die Umlaufbahn des Jupiter schleuderten als aus dem Sonnensystem, wanderten diese Planeten nach außen, um den gesamten Drehimpuls zu erhalten. Aber der viel massereichere Planet Jupiter schleuderte die meisten der kleinen Körper, auf die er traf, in das äußere Sonnensystem und darüber hinaus aus und wanderte folglich nach innen. Als das Sonnensystem entstand, enthielt der Kuiper-Gürtel hundertmal mehr Masse als heute. Die Gegenstände, die sich jetzt im Gürtel befinden, stellen nur den kleinen Bruchteil dar, der es geschafft hat zu überleben. Das gleiche gilt für den Asteroidengürtel. Die Gravitationsmodellierung durch die Planeten hat beide Populationen stark dezimiert, so dass der Kuiper- und der Asteroidengürtel Überreste der ursprünglichen Planetesimalscheibe hinterlassen haben.

Während einige Resonanzbahnen mit mittlerer Bewegung im Sonnensystem sehr instabil sind, sind andere ziemlich störungsresistent. (Der Unterschied hängt von subtilen Details der Konfiguration der interagierenden Körper ab.) Viele der Objekte im Kuipergürtel haben ihre Umlaufbahnen in einer stabilen 2:3-Mean-Motion-Resonanz mit Neptun. Sie umkreisen die Sonne zweimal für jeweils drei Umlaufbahnen dieses Planeten. Solche Objekte werden Plutinos genannt, nach Pluto, dem ersten entdeckten. Einige von ihnen, einschließlich Pluto, kreuzen innerhalb der Umlaufbahn von Neptun, aber die Geometrie ihrer resonanten Umlaufbahnen hält sie davon ab, sich dem Planeten zu nähern, und erklärt ihr Überleben.

Tausende kleiner Welten, sogenannte Trojanische Asteroiden, teilen sich die Umlaufbahn von Jupiter um die Sonne und führen oder folgen dem Planeten um etwa 60 Grad. Diese Körper sind in einer sogenannten 1:1-Mean-Motion-Resonanz gefangen, wobei Planet und Asteroid die gleiche Umlaufzeit haben. Diese Konfiguration verhindert eine enge Annäherung an Jupiter und ist relativ stabil. Ähnliche Familien von koorbitalen Asteroiden begleiten sowohl Neptun als auch Mars um die Sonne.

Das Aneinanderziehen der Planeten durch die Gravitation erzeugt zyklische Bewegungen in der räumlichen Orientierung ihrer Umlaufbahnen, die eine andere Art von Resonanz verursachen. Die Rotation der Orientierung einer elliptischen Umlaufbahn dauert ein Vielfaches länger als die Umlaufzeit des Planeten selbst. Diese langsamen Drehungen einer ganzen Umlaufbahn erzeugen sogenannte weltliche Resonanzen, die die Bahnen kleinerer Körper stark verzerren kann und nicht nur die im Asteroidengürtel. Das Sonnensystem ist überfüllt mit potentiellen Umlaufbahnen, auf denen Objekte säkularen oder mittleren Bewegungsresonanzen ausgesetzt wären. Viele Resonanzbahnen überlappen sich, und wo immer das passiert, neigen kleine Orbitalkörper besonders zu chaotischem Verhalten, das grundsätzlich unvorhersehbar ist.

Trotz seines geordneten Aussehens enthält das Sonnensystem tatsächlich viele Elemente dessen, was Mathematiker Chaos nennen. Ein entscheidendes Merkmal von Chaos ist die extreme Empfindlichkeit eines Systems gegenüber seinen Anfangsbedingungen. Die trivialste Störung in einem solchen System kann seine großräumige Konfiguration zu einem späteren Zeitpunkt tiefgreifend verändern. Ein bekanntes Beispiel ist ein Billardtisch: Mikroskopische Variationen in der Flugbahn einer Billardkugel, insbesondere einer, die an mehreren Kollisionen beteiligt ist, können den Ausgang des Spiels völlig verändern. Chaotische Systeme sind insofern deterministisch, als sie genau den Gesetzen der klassischen Physik folgen, aber sie sind grundsätzlich unberechenbar. Die Natur des Chaos war bis vor kurzem nicht gut verstanden, als die zunehmende Computerleistung es Mathematikern ermöglichte, es ausreichend detailliert zu untersuchen. Niemand zu Laplaces Zeiten hätte sich vorstellen können, dass das Sonnensystem, das damals als Paradigma der Stabilität des Uhrwerks galt, tatsächlich für Chaos anfällig ist.

Das Sonnensystem aufräumen

Jacques Laskar vom Bureau des longitudes in Paris hat die umfangreichsten Berechnungen durchgeführt, um die Langzeitstabilität des Sonnensystems zu untersuchen. Er simulierte die Gravitationswechselwirkungen zwischen allen acht Planeten über einen Zeitraum von 25 Milliarden Jahren (fünffaches Alter des Sonnensystems). Laskar fand heraus, dass die Exzentrizitäten und andere Elemente der Umlaufbahnen chaotischen Exkursionen unterliegen, die es unmöglich machen, die Positionen der Planeten nach hundert Millionen Jahren vorherzusagen. Bedeutet Laskars Ergebnis, dass sich die Erde schließlich auf einer stark elliptischen Umlaufbahn befinden könnte, die sie viel näher an die Sonne und weiter von ihr entfernt, oder dass das Sonnensystem einen Planeten verlieren könnte?

Nein. Auch Chaos muss sich innerhalb physikalischer Grenzen bewegen. Obwohl Meteorologen beispielsweise das Wetter (ein anderes chaotisches System) nicht einen Monat im Voraus vorhersagen können, können sie ziemlich sicher sein, dass die Bedingungen in einen bestimmten Bereich fallen, da externe Einschränkungen (wie die Helligkeit der Sonne und die Länge der Tag) setzen dem Gesamtsystem Grenzen.

Laskar fand heraus, dass ihre Umlaufbahnen trotz des Einflusses des Chaos auf die genaue Position der Planeten über Milliarden von Jahren relativ stabil bleiben. Das heißt, während die Langzeitkonfiguration im Detail absolut unvorhersehbar ist, bleiben die Bahnen ausreichend gut, um Kollisionen zwischen benachbarten Planeten zu verhindern. Eine äußere Einschränkung wird in diesem Fall durch die Erhaltung des Drehimpulses im System auferlegt, die die Exzentrizitätsauslenkungen für Körper planetarischer Masse begrenzt.

Die Bahnen der massereichen äußeren Planeten sind am stabilsten. Die kleineren terrestrischen Planeten, insbesondere Mars und Merkur, werden stärker herumgewirbelt. Die Simulationen zeigen, dass die terrestrischen Planeten im Laufe von Millionen von Jahren erhebliche Exzentrizitäten durchmachen - groß genug für diese Planeten, um alle Trümmer aus dem dazwischen liegenden Orbitalraum zu entfernen, aber nicht groß genug, um Kollisionen zwischen ihnen zuzulassen. Laskar fand jedoch eine mögliche Ausnahme: Merkur, der leichteste Planet, hat eine kleine, aber begrenzte Chance, auf einer Zeitskala von Milliarden von Jahren mit der Venus zu kollidieren. Er kam zu dem Schluss, dass das Sonnensystem „geringfügig stabil ist.&rdquo

Solche Ergebnisse legten Laskar nahe, dass das Sonnensystem dynamisch &bdquovoll&rdquo oder fast vollständig ist. Das heißt, wenn Sie versuchen würden, einen anderen Planeten zwischen die bestehenden zu quetschen, würden die resultierenden Gravitationsstörungen das System dynamisch anregen, was zu einer Kollision oder einem Ausstoß führt, bevor sich das System wieder beruhigen könnte.

Laskar vermutete, dass sich das Sonnensystem in jeder Phase seiner Evolution immer am Rande der Instabilität befand, wie es heute zu sein scheint. Um seine marginale Stabilität zu erhalten, hat das Sonnensystem in jeder Epoche Objekte auf einer Zeitskala eliminiert, die mit seinem Alter vergleichbar ist. Daraus folgt, dass das Sonnensystem vor Milliarden von Jahren möglicherweise mehr Planeten enthielt als heute.

Nach dieser Ansicht gelang es dem Sonnensystem, während seiner Reife stabil gegen den Ausbruch eines großräumigen Chaos zu bleiben, indem es die Anzahl der Planeten verringerte und den Abstand zwischen ihnen vergrößerte. Die aktuelle Anzahl muss ungefähr so ​​groß (und ihr Abstand ungefähr so ​​klein) sein, wie es die Langzeitstabilität des Systems erlaubt. Das Sonnensystem hat seine innere Ordnung erhöht, indem es Unordnung&mdashentropie&mdash in den Rest der Galaxis exportiert, der die chaotisch ausgeworfenen Objekte empfängt.

Dieser als dynamische Relaxation bezeichnete Prozess funktioniert in Sternhaufen und in ganzen Galaxien sowie in sich entwickelnden Planetensystemen. Da solche Systeme ihre instabilsten Mitglieder verdrängen, werden die Umlaufbahnen der verbleibenden Objekte kompakter und besser organisiert.

Umfangreiche Computersimulationen zeigen, dass die acht Planeten an den meisten Orten des Sonnensystems die Bewegungen von Testteilchen auf Kreisbahnen stark stören. Solche Teilchen werden in enge Begegnungen mit den Planeten geschickt, die sie in nur wenigen Millionen Jahren, einem kleinen Bruchteil des Alters des Sonnensystems, entfernen. Aber diese Simulationen identifizieren auch mehrere Regionen, in denen Objekte viel länger überleben können. Eine solche Region ist eine breite Zone, die ungefähr auf halbem Weg zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter und dem Asteroidengürtel zentriert ist. Computersimulationen von Jack Lissauer und Kollegen am NASA Ames Research Center und an der Queen&rsquos University, Ontario, zeigten, dass, wenn sich dort ein erdgroßer Planet gebildet hätte, er für Milliarden von Jahren in einer stabilen Umlaufbahn bleiben könnte. Dieses Ergebnis ist nicht allzu überraschend, denn die Zone des Asteroidengürtels ist gut besiedelt und muss daher relativ störungsunempfindlich sein. Dieselbe Studie ergab jedoch, dass ein riesiger Planet im Asteroidengürtel bald instabil werden würde.

Der Kuipergürtel ist eine weitere Region der Stabilität, da es keine Planeten mehr gibt, die die Nachbarschaft jenseits der Neptunbahn aufwühlen könnten. Die trojanischen Asteroiden Mars, Jupiter und Neptun besetzen andere geschützte interplanetare Nischen.

Abgesehen von solchen Stabilitätsinseln ist der interplanetare Raum bemerkenswert leer. Die meisten der kleinen Objekte, die zwischen den Planeten kreisen (wie erddurchquerende Asteroiden und kurzperiodische Kometen) sind vorübergehende Eindringlinge, die kürzlich aus den Asteroiden- und Kuipergürteln in die Nachbarschaft eingedrungen sind. Die Planeten werden sie bald ausstoßen oder bei Kollisionen mitreißen. Tatsächlich ist ein Planet jetzt definiert durch die Anforderung, dass das Objekt seine Orbitalumgebung von anderem Material befreit hat. Ohne die undichten Reservoirs, die ihre Umgebung ständig mit Trümmern versorgen, hätten die Planeten den größten Teil des Orbitalraums zwischen ihnen gründlich gereinigt.

Lesen Sie den anderen Aufsatz des Astrobiology Magazine von Steven Soter:


Evolution: Es ist nur eine Theorie, aber eine, die es wert ist, gelehrt zu werden

Meine vorherige Kolumne entstand in 35.000 Fuß Höhe über Nordamerika, als ich die Landschaft aus der Luft betrachtete. Die durch die geologische Entwicklung geätzten Muster sind in der Höhe sichtbar. Aus der Nähe erzählen Fossilien die Geschichte des früheren Lebens auf unserem Kontinent. Beim Blick zum Himmel sammeln Astronomen Beweise für die Entwicklung von Planeten, Sternen, Galaxien – das gesamte Universum entwickelt sich. Naturkundemuseen beherbergen große Sammlungen von erhaltenem und ausgestorbenem Leben, die die biologische Evolution dokumentieren. Doch, wie ich bereits angemerkt habe, bleibt die Lehre von der Evolution in Amerika umstritten.

Es folgte eine Flut von E-Mails. Viele unterstützten einige stellten Fragen. In mehreren negativen und feindseligen E-Mails wurde meine Behauptung offen kritisiert, dass amerikanische Schulen Evolution in naturwissenschaftlichen Klassenzimmern lehren sollten, um "kein Kind zurückzulassen". Neben der Ablehnung der Evolution aus religiösen Gründen behaupteten mehrere Personen, dass es keine ausreichenden Beweise gebe, dass sich die Wissenschaftler nicht alle einig seien oder dass die Evolution "nur eine Theorie" sei, die sie mit einer unbegründeten Idee gleichsetzen.

Die Evolution wird durch Beweise gestützt. Es gibt mehrere tausend begutachtete wissenschaftliche Zeitschriften, in denen die Beweise Artikel für Artikel präsentiert werden. Naturkundemuseen beherbergen große Fossiliensammlungen, die die Geschichte des Lebens dokumentieren. Geologen und Astronomen verfügen über zahlreiche Beobachtungsnachweise für die langfristige Veränderung physikalischer Systeme: Sterne, Galaxien, Planeten, interstellarer Staub, Asteroiden usw. Biologen beobachten und dokumentieren die Muster der Evolution des Lebens: zum Beispiel das Fossil Aufzeichnungen, DNA und die Beobachtung der Evolution in Aktion, wie die adaptive Evolution von antibiotikaresistenten Bakterienstämmen, die heute eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen. Selektive Züchtung in der Landwirtschaft hat über Jahrtausende unsere Nutzpflanzen und Haustiere hervorgebracht Landwirtschaft ist Evolution in Aktion.

Zweifellos gibt es unter Wissenschaftlern anhaltende Debatten über die Einzelheiten der kosmischen, planetarischen und biologischen Evolution. Das Wesen der Wissenschaft erfordert ein kontinuierliches Hinterfragen von Ideen, Beweisen und Theorien. Theoretische Wissenschaftler betrachten unser Wissen und stellen neue Ideen und Modelle zur Erklärung der natürlichen Welt. Neue Modelle und Ideen führen zu neuen wissenschaftlichen Theorieprüfungen: Beobachtungsexperimente an erd- und weltraumbasierten Observatorien, hochenergetische Kollisionen der Teilchenphysik, Tiefseetauchgänge an den Plattengrenzen und Laborexperimente in der Molekularbiologie, um nur einige zu nennen. Wissenschaft basiert auf Beobachtungen und experimentellen Beweisen. Konzepte, die nicht mit Beobachtungen übereinstimmen, werden geändert oder verworfen. Es ist ein iterativer Zyklus. Ebenso sind die Ergebnisse verdächtig, wenn ein Wissenschaftler eine Beobachtung macht oder ein Experiment durchführt, das nicht reproduziert werden kann. Wissenschaftliche Erklärungen der natürlichen Welt werden an der Natur getestet und verworfen, wenn sie nicht funktionieren. Betrachten Sie kalte Fusion.Wissenschaft ist ein selbstkorrigierendes System, das den Menschen aussagekräftige Beschreibungen liefert, die es uns ermöglichen, zu verstehen und vorherzusagen, wie die natürliche Welt funktioniert.

Denken Sie an Johannes Kepler, einen Mathematiker, der oft als einer der ersten modernen Astronomen bezeichnet wird. Er nahm Beobachtungsdaten, die von Tycho Brahe gesammelt wurden, der ein hervorragender Beobachter war und Berge von Messungen für den Mars hatte. Brahe forderte Kepler auf, diese Marsdaten zu verstehen. Tycho hatte seine eigenen Ideen, aber er hatte nicht Keplers mathematische Fähigkeiten. Kepler verbrachte Monate damit, die Marsdaten an die kreisförmigen Epizykel und Deferenten anzupassen, die Planetenbahnen in der astronomischen Tradition seiner Zeit erklärten. Die Daten passten einfach nicht. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern machte Kepler einen Sprung in die moderne Wissenschaft. Er entschied sich, den Daten zu vertrauen und gab das alte Modell von Kreisen auf Kreise für eine neue Beschreibung der Planetenbewegung auf. Seine Ideen lassen sich in drei Aussagen zusammenfassen, die wir Keplersche Gesetze nennen. In ihrer einfachsten Form sind sie: Planeten kreisen auf elliptischen Bahnen mit der Sonne in einem Brennpunkt die Umlaufdauer eines Planeten ist proportional zu seiner Entfernung von der Sonne und die Geschwindigkeit eines Planeten auf seiner Umlaufbahn ist proportional zu seiner Entfernung von der Sonne (gleiche Flächen werden in gleicher Zeit weggefegt). Kepler wusste nicht, warum die Planeten so kreisten, aber er konnte ihre Umlaufbahnen beschreiben und genaue Vorhersagen über zukünftige Positionen treffen. Der nächste große Schritt kam mit Isaac Newton, der erklärte, warum Planeten die Sonne umkreisen: die Schwerkraft. Nur Merkur verhielt sich nicht wie von Newtons Physik vorhergesagt. Einstein hat die Physik mit der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie noch einmal umgestaltet und konnte die Bewegung des Merkur erklären.

Die Gravitationstheorie ist eine mächtige Erklärung dafür, wie Objekte in der Raumzeit interagieren. Sein Erbe geht auf Keplers Beschreibung der Planetenbewegung zurück, die auf Brahes Beobachtungsdaten basiert. Es ist schon komisch, dass niemand behauptet, dass die Gravitation „nur eine Theorie“ ist, aber viele die Evolution als „nur eine Theorie“ abtun.

Grundsätzlich stehen hier populäres Englisch und wissenschaftlicher Sprachgebrauch im Widerspruch. In der Populärkultur wird eine "Theorie" als Vermutung oder Spekulation verstanden, die auf Beweisen und Analysen basieren kann oder nicht. In der Wissenschaft ist eine Theorie „eine gut begründete Erklärung eines Aspekts der natürlichen Welt, die Fakten, Gesetze, Schlussfolgerungen und geprüfte Hypothesen einbeziehen kann“. (Lehre über Evolution und das Wesen der Wissenschaft,Nationale Akademie der Wissenschaften, 1998: 7). Eine wissenschaftliche Theorie ist die umfassendere Erklärung dafür, wie die bewährten "Gesetze" zusammenpassen, um die natürliche Welt zu beschreiben.

Evolution als "nur eine Theorie" abzutun, ist auf der einfachsten Ebene ein Missverständnis der Bedeutung von "Theorie" in der Wissenschaft. Aber in der aktuellen Kontroverse ist die Abwertung der Evolution als „nur eine Theorie“ mehr als eine semantische Debatte. Es ist ein politisches Statement im Zentrum des Angriffs auf den Evolutionsunterricht in naturwissenschaftlichen Klassenzimmern in Amerika.

Die Wissenschaft ist ein mächtiges Werkzeug zum Verständnis der Natur und spielt eine dominierende Rolle in der modernen Wirtschaft und Kultur. Wissenschaftliche Theorien sind das Herzstück des Unternehmens. Im naturwissenschaftlichen Unterricht sollen die Kinder wichtige wissenschaftliche Theorien wie Gravitation und Evolution kennenlernen.

Wissenschaft ist eine Art zu wissen, aber nicht die einzige Art zu wissen. Es gibt Dinge, die die Wissenschaft nicht anspricht. Musik, Kunst, Emotionen und religiöse Überzeugungen liegen beispielsweise alle außerhalb des Bereichs, den die Wissenschaft behandeln kann. Ich finde es bedauerlich, dass die Kontroverse über die Evolutionstheorie weitergeht, da die Wissenschaft allen Menschen eine Möglichkeit bietet, etwas über die natürliche Welt und ihre Funktionsweise zu erfahren.